Des scientifiques du Laboratoire national d'Argonne et de l'Université de Chicago ont lancé la semaine dernière un nouveau banc d'essai pour les expériences de communication quantique d'Argonne.

La boucle quantique se compose d'une paire de câbles à fibres optiques connectés de 26 milles qui serpentent entre Argonne et l'autoroute à péage de l'Illinois près de la banlieue de Bolingbrook et vice-versa. À 52 milles au total, il fait partie des canaux de communication quantique terrestres les plus longs du pays.

La boucle servira de banc d'essai pour les chercheurs intéressés à tirer parti des principes de la physique quantique pour envoyer des informations non piratables sur de longues distances. Des chercheurs d'Argonne et d'UCicago prévoient d'utiliser le banc d'essai pour explorer la science sous-jacente aux systèmes d'ingénierie quantique et pour exploiter les propriétés de l'intrication quantique, un phénomène qu'Albert Einstein a qualifié d'"action effrayante à distance". L'intrication quantique relie deux (ou plus) particules de sorte qu'elles soient dans un état partagé, de sorte que tout ce qui arrive à l'une affecte immédiatement l'autre, peu importe la distance qu'ils ont parcourue l'un de l'autre.

"L'inauguration de cette boucle quantique est une étape importante pour Chicago et la nation dans la construction d'un réseau quantique à grande échelle qui peut permettre des transmissions de données sécurisées sur de longues distances, " a déclaré le chercheur principal David Awschalom, scientifique senior à la Division Science des Matériaux à Argonne, le professeur de la famille Liew en ingénierie moléculaire à l'Université de Chicago et directeur du Chicago Quantum Exchange. "La boucle nous permettra d'identifier et de relever les défis liés à l'exploitation d'un réseau quantique et peut être mise à l'échelle pour tester et démontrer la communication sur des distances encore plus grandes afin de jeter les bases d'un Internet quantique."

Les scientifiques d'Argonne Joe Heremans, Alan Dibos et Gary Wolfowicz, qui a travaillé sur le projet de boucle quantique, a démontré le fonctionnement du banc d'essai en générant et en transmettant des impulsions optiques à travers une puis les deux boucles de fibre. Ils ont observé un retard de 200 microsecondes pour le temps de transit de l'impulsion laser le long d'une boucle de fibre, ce qui est cohérent avec la vitesse de la lumière dans la fibre de verre.

Ils ont également commencé à utiliser la boucle pour une série d'expériences, y compris la transmission de signaux à partir de photons émis par des ensembles d'ions. Ces ions peuvent être utilisés comme mémoire quantique pour le réseau. Une mémoire quantique fonctionnelle, qui implique le stockage et la récupération d'états quantiques, est une avancée technologique clé nécessaire à la communication quantique et à un Internet quantique.

« Nous aurons besoin de beaucoup de ces mémoires quantiques espacées sur une centaine de kilomètres pour relayer le signal quantique à travers un réseau. La boucle quantique nous permet de tester et d'affiner cette technologie de mémoire quantique avant de la déployer à grande échelle, " a déclaré Tian Zhong, scientifique à la division Nanosciences et technologie à Argonne et professeur adjoint d'ingénierie moléculaire à l'Université de Chicago.

"La recherche menant à des infrastructures scientifiques telles que la boucle quantique garantira que l'Amérique reste un leader mondial dans ce domaine crucial, domaine en évolution rapide, qui ouvrira de nouvelles voies d'investigation importantes dans des domaines tels que le transfert de données quantiques et les communications sécurisées, ", a déclaré le sous-secrétaire aux sciences Paul Dabbar du ministère de l'Énergie.

« Cette boucle quantique est une capacité importante pour les communautés scientifiques en physique quantique, communication et informatique, " a déclaré Paul Kearns, Directeur du Laboratoire National d'Argonne. "Ces expériences démontrent comment les scientifiques et ingénieurs de renommée mondiale d'Argonne contribuent à assurer le leadership américain dans le domaine de la science de l'information quantique essentielle."

En plus de la boucle quantique, Argonne prévoit de développer un réseau de liaisons quantiques bidirectionnelles avec le Fermi National Accelerator Laboratory. Lorsque les deux projets sont connectés, le lien quantique, également soutenu par le ministère de l'Énergie, devrait être parmi les liaisons les plus longues au monde pour envoyer des informations sécurisées à l'aide de la physique quantique.