Dans une percée pour l'informatique quantique, Des chercheurs de l'Université de Chicago ont envoyé des états de qubits intriqués via un câble de communication reliant un nœud de réseau quantique à un deuxième nœud.

Les chercheurs, basé à la Pritzker School of Molecular Engineering (PME) de l'Université de Chicago, a également amplifié un état intriqué via le même câble d'abord en utilisant le câble pour enchevêtrer deux qubits dans chacun des deux nœuds, puis enchevêtrer davantage ces qubits avec d'autres qubits dans les nœuds.

Les résultats, publié le 24 février 2021 en La nature , pourrait aider à rendre l'informatique quantique plus réalisable et pourrait jeter les bases des futurs réseaux de communication quantique.

« Développer des méthodes qui nous permettent de transférer des états intriqués sera essentiel pour faire évoluer l'informatique quantique, " a déclaré le professeur Andrew Cleland, qui a dirigé la recherche.

Envoi de photons intriqués via un réseau

Qubits, ou bits quantiques, sont les unités de base de l'information quantique. En exploitant leurs propriétés quantiques, comme la superposition, et leur capacité à s'entremêler, les scientifiques et les ingénieurs créent des ordinateurs quantiques de nouvelle génération capables de résoudre des problèmes auparavant insolubles.

Cleland Lab utilise des qubits supraconducteurs, de minuscules circuits cryogéniques pouvant être manipulés électriquement.

Pour envoyer les états intriqués à travers le câble de communication (un câble supraconducteur d'un mètre de long), les chercheurs ont créé une configuration expérimentale avec trois qubits supraconducteurs dans chacun des deux nœuds. Ils ont connecté un qubit dans chaque nœud au câble, puis ont envoyé des états quantiques, sous forme de photons micro-ondes, via le câble avec une perte minimale d'informations. La nature fragile des états quantiques rend ce processus assez difficile.

L'ancien stagiaire postdoctoral de Cleland, papier premier auteur Youpeng Zhong, a pu développer un système dans lequel l'ensemble du processus de transfert, de nœud à câble à nœud, ne prend que quelques dizaines de nanosecondes (une nanoseconde équivaut à un milliardième de seconde). Cela leur a permis d'envoyer des états quantiques intriqués avec très peu de perte d'informations.

Le système leur a également permis « d'amplifier » l'intrication des qubits. Les chercheurs ont utilisé un qubit dans chaque nœud et les ont enchevêtrés en envoyant essentiellement un demi-photon à travers le câble. Ils ont ensuite étendu cet enchevêtrement aux autres qubits de chaque nœud. Quand ils eurent fini, les six qubits dans deux nœuds étaient intriqués dans un seul état intriqué globalement.

Création d'une échelle, ordinateur quantique en réseau

À l'avenir, les ordinateurs quantiques seront probablement construits à partir de modules où des familles de qubits intriqués effectuent un calcul. Ces ordinateurs pourraient finalement être construits à partir de nombreux modules en réseau, similaire à la façon dont les supercalculateurs effectuent aujourd'hui le calcul parallèle sur de nombreuses unités centrales de traitement connectées les unes aux autres. La possibilité d'entremêler à distance des qubits dans différents modules, ou des nœuds, est une avancée significative pour permettre de telles approches modulaires.

"Ces modules devront s'envoyer des états quantiques complexes, et c'est un grand pas vers cela, ", a déclaré Cleland. Un réseau de communication quantique pourrait également potentiellement tirer parti de cette avancée.

Cleland et son groupe espèrent étendre ensuite leur système à trois nœuds pour créer un enchevêtrement à trois voies.

"Nous voulons montrer que les qubits supraconducteurs ont un rôle viable à l'avenir, " il a dit.