Les réseaux quantiques promettent une transmission de messages inviolable grâce à la cryptographie quantique et la possibilité de connecter des ordinateurs quantiques entre eux. Une équipe de chercheurs de l’Université de Bâle a franchi une étape cruciale dans cette direction.
Une mémoire quantique pour les photons
Les particules de lumière, ou photons, sont particulièrement adaptées à la transmission d’informations quantiques. Ils peuvent être utilisés pour envoyer des informations quantiques via des câbles à fibre optique, vers des satellites ou dans un élément de mémoire quantique. Dans ce dernier, l’état quantique des photons doit être stocké avec la plus grande précision possible et, après un certain temps, reconverti en photons.
Il y a deux ans, les chercheurs de Bâle ont démontré que cela fonctionne bien en utilisant des atomes de rubidium dans une cellule de verre. Cependant, cette cellule de verre était fabriquée à la main et mesurait plusieurs centimètres. Pour être utilisables au quotidien, ces cellules doivent être plus petites et produites en grande quantité.
Une avancée majeure dans la miniaturisation
C’est précisément ce que le professeur Philipp Treutlein et ses collaborateurs ont réussi à faire. Ils ont utilisé une cellule beaucoup plus petite, de quelques millimètres seulement, obtenue à partir de la production en série d’horloges atomiques. Malgré la petite taille de la cellule, ils ont réussi à stocker un nombre suffisant d’atomes de rubidium pour le stockage quantique en chauffant la cellule à 100 degrés Celsius pour augmenter la pression de vapeur.
De plus, ils ont exposé les atomes à un champ magnétique de 1 tesla, plus de dix mille fois plus fort que le champ magnétique terrestre. Cela a déplacé les niveaux d’énergie atomique de manière à faciliter le stockage quantique des photons à l’aide d’un faisceau laser supplémentaire. Cette méthode a permis aux chercheurs de stocker des photons pendant environ 100 nanosecondes. Des photons libres auraient parcouru 30 mètres pendant ce temps.
Vers une production de masse de mémoires quantiques
« De cette manière, nous avons construit, pour la première fois, une mémoire quantique miniature pour les photons dont environ 1000 copies peuvent être produites en parallèle sur une seule plaquette », explique Philipp Treutlein.
Dans l’expérience actuelle, le stockage a été démontré en utilisant des impulsions laser fortement atténuées, mais dans un avenir proche, le chercheur, en collaboration avec le CSEM à Neuchâtel, souhaite également stocker des photons uniques dans les cellules miniatures.
Par ailleurs, le format des cellules de verre doit encore être optimisé pour stocker les photons aussi longtemps que possible tout en préservant leurs états quantiques.
En synthèse
Les réseaux quantiques représentent l’avenir de la communication sécurisée et de la connectivité entre ordinateurs quantiques. L’équipe de chercheurs de l’Université de Bâle a franchi une étape importante en développant une mémoire quantique miniature pour les photons, ouvrant la voie à une production de masse de ces éléments essentiels.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un réseau quantique ?
Un réseau quantique est un système de communication qui utilise les principes de la mécanique quantique pour transmettre des informations.
Qu’est-ce qu’une mémoire quantique ?
Une mémoire quantique est un dispositif capable de stocker et de préserver l’information quantique.
Qu’est-ce qu’un photon ?
Un photon est une particule élémentaire de la lumière.
Qu’est-ce que la cryptographie quantique ?
La cryptographie quantique est une technique de cryptage qui utilise les principes de la mécanique quantique pour sécuriser la transmission des informations.
Quels sont les avantages des réseaux quantiques ?
Les réseaux quantiques promettent une transmission de messages inviolable et la possibilité de connecter des ordinateurs quantiques entre eux.
Références
Légende illustration : Les impulsions lumineuses peuvent être stockées et récupérées dans la cellule de verre, qui est remplie d’atomes de rubidium et ne mesure que quelques millimètres. (Image : Université de Bâle, Département de physique/Scixel)
Université de Bâle. (2024). « Optical Memory in a Microfabricated Rubidium Vapor Cell » – DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.260801
