Des physiciens de l’Université des sciences et technologies de Chine ont intriqué deux mémoires quantiques sur 420 kilomètres de fibre optique, un record d’intrication matière à matière. Publiée dans Physical Review Letters, l’expérience dépasse de plus de quatre fois les distances antérieures et franchit la borne théorique PLOB.
Des nuages d’atomes de rubidium refroidis par laser viennent de battre un record de distance dans le domaine quantique. Une équipe de physiciens de l’Université des sciences et technologies de Chine a intriqué deux mémoires quantiques sur 420 kilomètres de fibre optique, soit une portée plus de quatre fois supérieure à toute démonstration antérieure d’intrication matière à matière. Les travaux, menés par Xi-Yu Luo, Chao-Yang Wang et Ming-Yang Zheng, sont publiés dans Physical Review Letters.
L’intrication, qui lie deux particules au point que l’état de l’une détermine instantanément l’état de l’autre, constitue la ressource de base des futures communications quantiques. Sa mise en œuvre sur de longues distances représente un pas vers un internet quantique, où l’information serait transmise avec des garanties de confidentialité reposant sur les lois de la physique.
Un dispositif à trois nœuds
Deux unités de mémoire, baptisées Alice et Bob, ont été placées aux extrémités de la liaison en fibre optique. Un nœud central, appelé Charlie, détectait les photons émis par chaque mémoire. L’observation du bon schéma d’interférence par Charlie confirmait l’établissement de l’intrication entre les deux mémoires distantes.
Contrairement à une simple transmission de photons, une mémoire quantique stocke l’information dans la matière, sous forme d’états atomiques. Une telle capacité de stockage ouvre la voie à des opérations de synchronisation et de traitement indispensables aux futurs réseaux.
Trois avancées techniques ont rendu la démonstration possible :
- La conversion des photons émis vers des longueurs d’onde adaptées aux bandes de télécommunications, afin de réduire les pertes de transmission dans la fibre.
- Un système de stabilisation corrigeant en continu les fluctuations de température et les vibrations susceptibles de perturber les signaux quantiques.
- Un schéma d’intrication à photon unique, exigeant la survie d’un seul photon durant le trajet au lieu de deux.
Dépasser la borne théorique
Au-delà du record de distance, l’expérience a franchi un seuil théorique connu sous le nom de borne PLOB. La limite, établie en 2017, définit le débit maximal auquel l’information quantique peut transiter par un canal à pertes sans répéteurs. À des distances supérieures à 320 kilomètres, le système génère de l’intrication plus rapidement qu’une transmission optique directe ne pourrait le faire.
La démonstration prouve que les réseaux quantiques à mémoire peuvent surpasser la meilleure liaison par fibre directe théoriquement possible. Un résultat qui valide l’intérêt des mémoires quantiques pour étendre la portée des communications au-delà des limites imposées par l’atténuation optique.
Vers un internet quantique
Un internet quantique opérationnel demeure lointain, mais l’intrication à longue distance entre mémoires quantiques stationnaires est considérée comme l’un de ses fondements. Les démonstrations précédentes avaient relié des mémoires sur environ 50 kilomètres en 2020, puis au sein de réseaux urbains d’une vingtaine de kilomètres en 2023. Le passage à 420 kilomètres fait évoluer la technologie de l’échelle métropolitaine vers l’échelle intercités.
« Notre expérience offre un banc d’essai pour étudier les applications des réseaux quantiques au-delà de l’échelle métropolitaine », écrivent les chercheurs. Ils précisent que le système génère aussi de l’intrication à des cadences élevées sur des distances d’environ 100 kilomètres, une capacité utile pour construire des répéteurs quantiques. De tels dispositifs pourraient, à terme, enchaîner de nombreux liens pour former des réseaux couvrant des continents entiers.
Article : « Entangling Quantum Memories through a 420 km Long Fiber » – DOI : 10.1103/ccd6-rf1s
