Les chercheurs de l'armée ont découvert un moyen d'améliorer encore les systèmes quantiques pour fournir aux soldats des capacités plus fiables et plus sûres sur le champ de bataille.

Spécifiquement, cette recherche indique comment les futurs réseaux quantiques seront conçus pour faire face aux effets du bruit et de la décohérence, ou la perte d'informations d'un système quantique dans l'environnement.

En tant que l'un des domaines de recherche prioritaires de l'armée américaine dans sa stratégie de modernisation, la recherche quantique contribuera à transformer le service en une force multi-domaines d'ici 2035 et à assumer sa responsabilité durable dans le cadre de la force conjointe assurant la défense des États-Unis.

"Réseau quantique, et la science de l'information quantique dans son ensemble, mènera potentiellement à des capacités de calcul inégalées, communication et détection, " a déclaré le Dr Brian Kirby, chercheur au Laboratoire de recherche de l'armée du commandement du développement des capacités de combat de l'armée américaine. « Les exemples d'applications d'intérêt pour l'armée incluent le partage de secrets sécurisés, détection de réseau distribué et prise de décision efficace."

Cet effort de recherche examine comment la dispersion, un effet très commun trouvé dans les systèmes optiques, impacte les états quantiques de trois particules de lumière ou plus.

La dispersion est un effet où une impulsion de lumière s'étale dans le temps lorsqu'elle est transmise à travers un milieu, comme une fibre optique. Cet effet peut détruire les corrélations temporelles dans les systèmes de communication, ce qui peut entraîner des débits de données réduits ou l'introduction d'erreurs.

Pour comprendre cela, Kirby a dit, considérons la situation où deux impulsions lumineuses sont créées simultanément et le but est de les envoyer à deux détecteurs différents afin qu'elles arrivent en même temps. Si chaque impulsion lumineuse traverse un média dispersif différent, tels que deux chemins de fibre optique différents, alors chaque impulsion sera étalée dans le temps, rendant finalement le temps d'arrivée des impulsions moins corrélé.

"Étonnamment, il a été montré que la situation est différente en mécanique quantique, " dit Kirby. " En mécanique quantique, il est possible de décrire le comportement de particules individuelles de lumière, appelés photons. Ici, il a été montré par un membre de l'équipe de recherche, le professeur James Franson de l'Université du Maryland, Comté de Baltimore, que la mécanique quantique permet certaines situations où la dispersion sur chaque photon peut en fait s'annuler de sorte que les temps d'arrivée restent corrélés."

La clé de ceci est quelque chose qui s'appelle l'enchevêtrement, une forte corrélation entre les systèmes quantiques, ce qui n'est pas possible en physique classique, dit Kirby.

Dans ce nouveau travail, "Annulation de dispersion non locale pour trois photons ou plus, " publié dans la revue à comité de lecture Examen physique A, les chercheurs étendent l'analyse aux systèmes de trois photons intriqués ou plus et identifient dans quels scénarios les systèmes quantiques surpassent les systèmes classiques. Ceci est unique par rapport à des recherches similaires car il considère les effets du bruit sur les systèmes intriqués au-delà de deux qubits, c'est là que l'accent a été mis.

« Cela indique comment les futurs réseaux quantiques seront conçus pour faire face aux effets du bruit et de la décohérence, dans ce cas, dispersion en particulier, " dit Kirby.

En outre, sur la base du succès des premiers travaux de Franson sur les systèmes de deux photons, il était raisonnable de supposer que la dispersion sur une partie d'un système quantique pouvait toujours être annulée avec l'application appropriée de la dispersion sur une autre partie du système.

"Notre travail précise que la compensation parfaite n'est pas, en général, possible lorsque vous passez à des systèmes intriqués de trois photons ou plus, " dit Kirby. " Par conséquent, l'atténuation de la dispersion dans les futurs réseaux quantiques devra peut-être avoir lieu dans chaque canal de communication indépendamment. »

Plus loin, Kirby a dit, ce travail est précieux pour les communications quantiques car il permet des débits de données accrus.

"Un timing précis est nécessaire pour corréler les événements de détection à différents nœuds d'un réseau, " a déclaré Kirby. " Classiquement, la réduction des corrélations temporelles entre les systèmes quantiques en raison de la dispersion nécessiterait l'utilisation de fenêtres de synchronisation plus grandes entre les transmissions pour éviter de confondre les signaux séquentiels. "

Puisque les nouveaux travaux de Kirby et de ses collègues décrivent comment limiter l'incertitude dans les temps de détection conjoints des réseaux, il permettra des transmissions ultérieures en succession plus rapide.

La prochaine étape de cette recherche consiste à déterminer si ces résultats peuvent être facilement vérifiés dans un cadre expérimental.