Un nœud de 10 qubits pour les réseaux quantiques

Patricia Daukantas

Tout réseau de communication est constitué de nœuds, et les réseaux quantiques du futur ne feront pas exception. Des chercheurs autrichiens ont mis au point un nœud quantique utilisant 10 « qubits ioniques », des photons intriqués avec des ions calcium piégés.

Dans cette nouvelle technique, les ions piégés électriquement codent les qubits, et lorsque les ions se déplacent séquentiellement vers le foyer d’une cavité optique, chaque ion émet un photon qui reste intriqué avec la paire ion-qubit. Les chercheurs pensent que leur méthode pourrait être étendue à des applications plus importantes, telles que les réseaux de détection quantique et les horloges atomiques optiques reliées entre elles.

Le système expérimental

Pour construire leur dispositif de validation de principe, Ben Lanyon, Marco Canteri et leurs collègues de l’université d’Innsbruck ont utilisé des ions 40Ca+, une espèce employée dans de nombreuses autres configurations d’informatique quantique. Plus précisément, ils ont utilisé des chaînes de 10 atomes 40Ca+ de 49 μm de long dans un piège de Paul linéaire avec une cavité optique intégrée pour la collecte des photons.

Dans l’expérience, la chaîne de 10 atomes est introduite dans le foyer d’un champ de cavité. Un par un, chaque ion s’entremêle avec un photon de 854 nm. Une impulsion laser Raman de 393 nm déclenche cet événement, appelé transition Raman bichromatique médiée par cavité. Les ondes stationnaires de 854 nm de la cavité forment un angle de 85,9 degrés avec le train d’ions. Depuis la cavité, les photons se déplacent vers une fibre optique, où leur polarisation est soigneusement mesurée.

Une méthode évolutive et robuste

Une fois que chaque ion a généré un photon intriqué et a poursuivi son chemin, les atomes reviennent à leur position initiale pour les mesures ion-qubit. Les résultats de 54 000 séquences réalisées en 45 minutes ont montré que les paires intriquées d’ions et de photons conservaient une fidélité de 92 %, ce qui indique que la méthode est suffisamment robuste pour des réseaux quantiques plus complexes entre laboratoires ou entre villes.

« L’une des principales forces de cette technique est son évolutivité », explique M. Lanyon. « Alors que les expériences précédentes ne parvenaient à relier que deux ou trois qubits ioniques à des photons individuels, le dispositif d’Innsbruck peut être étendu à des registres beaucoup plus grands, pouvant contenir potentiellement des centaines d’ions ou plus. »

Les chercheurs affirment qu’une prochaine étape importante consiste à combiner leur méthode avec des techniques qui prolongent les temps de cohérence des qubits ioniques afin de stabiliser l’efficacité de la génération de photons. Cela contribuera à établir l’intrication à distance, qui nécessite de nombreuses tentatives répétées.

Publication: A photon-interfaced ten qubit quantum network node. M. Canteri, Z. X. Koong, J. Bate, A. Winkler, V. Krutyanskiy, and B. P. Lanyon. Phys Rev Lett 2025. doi: 10.1103/v5k1-whwz

Sources : U. Innsbruck | Optica.org