Un Internet quantique viable - un réseau dans lequel les informations stockées en qubits sont partagées sur de longues distances par enchevêtrement - transformerait les domaines du stockage de données, détection et calcul de précision, inaugurant une nouvelle ère de communication.

Ce mois-ci, Des scientifiques du Fermi National Accelerator Laboratory, un laboratoire national du département américain de l'Énergie affilié à l'Université de Chicago, ainsi que des partenaires de cinq institutions ont fait un pas important vers la réalisation d'un Internet quantique.

Dans un article publié dans PRX Quantum, l'équipe présente pour la première fois une démonstration d'une téléportation longue distance de qubits constitués de photons (particules de lumière) avec une fidélité supérieure à 90%.

Les qubits ont été téléportés sur un réseau de fibres optiques de 27 miles (44 kilomètres) de long à l'aide de détecteurs à photons uniques à la pointe de la technologie, ainsi que du matériel sur étagère.

"Nous sommes ravis de ces résultats, " a déclaré le scientifique du Fermilab Panagiotis Spentzouris, responsable du programme de science quantique du Fermilab et l'un des co-auteurs de l'article. "Il s'agit d'une réalisation clé sur la voie de la création d'une technologie qui redéfinira la façon dont nous menons la communication mondiale."

Cette réalisation intervient quelques mois seulement après que le département américain de l'Énergie a dévoilé son plan pour un Internet quantique national lors d'une conférence de presse à l'Université de Chicago.

Liaison des particules

La téléportation quantique est un transfert « désincarné » d'états quantiques d'un endroit à un autre. La téléportation quantique d'un qubit est réalisée en utilisant l'intrication quantique, dans lequel deux ou plusieurs particules sont inextricablement liées les unes aux autres. Si une paire de particules enchevêtrées est partagée entre deux emplacements distincts, peu importe la distance qui les sépare, les informations codées sont téléportées.

L'équipe mixte - chercheurs du Laboratoire Fermi, AT&T, Caltech, Université de Harvard, NASA Jet Propulsion Laboratory et University of Calgary — ont téléporté avec succès des qubits sur deux systèmes :le Caltech Quantum Network et le Fermilab Quantum Network. Les systèmes ont été conçus, construit, commandé et déployé par le programme de recherche public-privé de Caltech sur les réseaux et technologies quantiques intelligents, ou IN-Q-NET.

« Nous sommes très fiers d'avoir franchi cette étape en matière de développement durable, des systèmes de téléportation quantique performants et évolutifs, " dit Maria Spiropulu, le professeur de physique Shang-Yi Ch'en à Caltech et directeur du programme de recherche IN-Q-NET. « Les résultats seront encore améliorés avec les mises à niveau du système que nous prévoyons de terminer d'ici le deuxième trimestre de 2021. »

Les réseaux Caltech et Fermilab, qui disposent d'un traitement de données quasi-autonome, sont compatibles à la fois avec l'infrastructure de télécommunication existante et avec les dispositifs de traitement et de stockage quantiques émergents. Les chercheurs les utilisent pour améliorer la fidélité et le taux de distribution d'enchevêtrement, en mettant l'accent sur les protocoles de communication quantique complexes et la science fondamentale.

"Avec cette démonstration, nous commençons à jeter les bases de la construction d'un réseau quantique métropolitain dans la région de Chicago, " a déclaré Spentzouris.

Le réseau Chicagoland, appelé Illinois Express Quantum Network, est conçu par Fermilab en collaboration avec le Laboratoire National d'Argonne, Caltech, Université Northwestern et partenaires de l'industrie.

"Cet exploit témoigne du succès de la collaboration entre les disciplines et les institutions, qui motive une grande partie de ce que nous accomplissons en science, ", a déclaré Joe Lykken, directeur adjoint de la recherche au Fermilab. "Je félicite l'équipe IN-Q-NET et nos partenaires universitaires et industriels pour cette réalisation unique en son genre dans le domaine de la téléportation quantique.