Les chercheurs de Purdue ont créé une nouvelle source lumineuse qui génère au moins 35 millions de photons par seconde, augmenter la vitesse de la communication quantique. Crédit :Image du Massachusetts Institute of Technology/Mikhail Shalaginov
Les attaques de pirates informatiques sur tout, des comptes de réseaux sociaux aux fichiers gouvernementaux, pourraient être largement évitées par l'avènement de la communication quantique, qui utiliserait des particules de lumière appelées "photons" pour sécuriser des informations plutôt qu'un code craquable.
Le problème est que la communication quantique est actuellement limitée par la quantité d'informations que les photons uniques peuvent aider à envoyer en toute sécurité, appelé "débit binaire secret". Les chercheurs de l'Université Purdue ont créé une nouvelle technique qui multiplierait par 100 le débit binaire secret, à plus de 35 millions de photons par seconde.
"L'augmentation du débit binaire nous permet d'utiliser des photons uniques pour envoyer non seulement une phrase par seconde, mais plutôt une information relativement volumineuse avec une sécurité extrême, comme un fichier de la taille d'un mégaoctet, " dit Siméon Bogdanov, un chercheur postdoctoral Purdue en génie électrique et informatique.
Finalement, un débit binaire élevé permettra un "internet quantique" ultra-sécurisé, " un réseau de canaux appelés " guides d'ondes " qui vont transmettre des photons uniques entre les appareils, frites, lieux ou parties capables de traiter l'information quantique.
"Peu importe à quel point un pirate informatique est avancé en termes de calcul, il serait fondamentalement impossible par les lois de la physique d'interférer avec ces canaux de communication quantique sans être détecté, puisqu'au niveau quantique, la lumière et la matière sont si sensibles aux perturbations, " a déclaré Bogdanov.
Le travail a été publié pour la première fois en ligne en juillet pour être inclus dans une version imprimée Lettres nano parution le 8 août 2018.
Utiliser la lumière pour envoyer des informations est un jeu de probabilité :la transmission d'une information peut nécessiter plusieurs tentatives. Plus une source lumineuse peut générer de photons par seconde, plus le taux de transmission d'informations réussi est rapide.
Le Centre Quantique de l'Université Purdue, dont Simeon Bogdanov (à gauche) et Sajid Choudhury (à droite), étudie comment faire progresser la communication quantique pour des utilisations pratiques. Crédit :Image de l'Université Purdue/Susan Fleck
"Une source peut générer beaucoup de photons par seconde, mais seuls quelques-uns d'entre eux peuvent effectivement être utilisés pour transmettre des informations, qui limite fortement la vitesse de la communication quantique, " a déclaré Bogdanov.
Pour une communication quantique plus rapide, Les chercheurs de Purdue ont modifié la façon dont une impulsion lumineuse provenant d'un faisceau laser excite des électrons dans un "défaut artificiel, " ou perturbation locale dans un réseau cristallin, et ensuite comment ce défaut émet un photon à la fois.
Les chercheurs ont accéléré ces processus en créant une nouvelle source de lumière qui comprend un minuscule diamant de seulement 10 nanomètres de diamètre, pris en sandwich entre un cube d'argent et un film d'argent. Au sein du nanodiamant, ils ont identifié un seul défaut, résultant du remplacement d'un atome de carbone par de l'azote et d'une lacune laissée par un atome de carbone adjacent manquant.
L'azote et l'atome manquant ont formé ensemble un "centre de vacance d'azote" dans un diamant avec des électrons en orbite autour de lui.
Une antenne métallique couplée à ce défaut facilitait l'interaction des photons avec les électrons en orbite du centre de lacune d'azote, grâce à des particules hybrides de matière légère appelées « plasmons ». Par le centre absorbant et émettant un plasmon à la fois, et la nanoantenne convertissant les plasmons en photons, le taux de génération de photons pour la communication quantique est devenu considérablement plus rapide.
"Nous avons démontré la source de photon unique la plus brillante à température ambiante. Habituellement, les sources avec une luminosité comparable ne fonctionnent qu'à des températures très basses, ce qui est peu pratique à mettre en œuvre sur des puces informatiques que l'on utiliserait à température ambiante, " a déclaré Vlad Shalaev, le professeur distingué Bob et Anne Burnett de génie électrique et informatique.
Prochain, les chercheurs adapteront ce système aux circuits intégrés. Cela signifierait connecter l'antenne plasmonique à des guides d'ondes afin que les photons puissent être acheminés vers différentes parties de la puce plutôt que de rayonner dans toutes les directions.
