888888888888888888888888888888888888
Researchers demonstrate the missing link for a quantum internet
88888888888888888888888888888888888
Des chercheurs démontrent le lien manquant pour un Internet quantique
par Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences
Mikhail Lukin, le professeur de physique George Vasmer Leverett (non illustré) et les étudiants du GSAS, David Levonian (à gauche) et Mihir Bhaskar sont des chercheurs de Harvard qui ont construit le lien manquant pour un Internet quantique ultra-sécurisé à l'intérieur de LISE. Crédit: Kris Snibbe / Photographe du personnel de Harvard
Un Internet quantique pourrait être utilisé pour envoyer des messages non piratables, améliorer la précision du GPS actuel et permettre l'informatique quantique basée sur le cloud. Depuis plus de vingt ans, les rêves de créer un tel réseau quantique sont restés hors de portée en grande partie en raison de la difficulté d'envoyer des signaux quantiques sur de grandes distances sans pertes.
Recemment les chercheurs de Harvard et du MIT ont trouvé un moyen de corriger la perte de signal avec un prototype de nœud quantique qui peut capturer, stocker et emmêler des bits d'informations quantiques. Ctte recherche est le chaînon manquant vers un Internet quantique pratique et une avancée majeure dans le développement de réseaux quantiques longue distance.
"Cette démonstration est une percée conceptuelle qui pourrait étendre la plus longue gamme possible de réseaux quantiques et potentiellement permettre de nombreuses nouvelles applications d'une manière qui est encore impossible avec les technologies existantes", a déclaré Mikhail Lukin, professeur de physique George Vasmer Leverett et co-coordinateur. Directeur de Harvard Quantum Initiative. "Il s'agit de la réalisation d'un objectif poursuivi par notre communauté de science et d'ingénierie quantiques depuis plus de deux décennies."
La recherche est publiée dans Nature.
Chaque forme de technologie de communication - du premier télégraphe à l'Internet par fibre optique d'aujourd'hui - a dû tenir compte du fait que les signaux se dégradent et sont perdus lorsqu'ils sont transmis sur des distances. Les premiers répéteurs, qui reçoivent et amplifient les signaux pour corriger cette perte, ont été développés pour amplifier les signaux télégraphiques à fil décoloré au milieu des années 1800. Deux cents ans plus tard, les répéteurs font pencore artie intégrante de notre infrastructure de communication longue distance.
Dans un réseau classique, si Alice à New York veut envoyer un message à Bob en Californie, le message voyage d'un océan à l'autre plus ou moins en ligne droite. En cours de route, le signal passe par des répéteurs, où il est lu, amplifié et corrigé des erreurs. L'ensemble du processus reste à tout moment vulnérable aux attaques.
Si Alice veut envoyer un message quantique, cependant, le processus est différent. Les réseaux quantiques utilisent des particules quantiques de lumière - des photons individuels - pour communiquer des états quantiques de la lumière sur de longues distances. Ces réseaux présentent une astuce que les systèmes classiques n'ont pas: l'intrication.
L'enchevêtrement - ce l intrication , que Einstein appelait «une action effrayante à distance» - permet aux bits d'information d'être parfaitement corrélés sur n'importe quelle distance. Parce que les systèmes quantiques ne peuvent pas être observés sans changer, Alice pourrait utiliser l'intrication pour envoyer un message à Bob sans aucune crainte d'écoute indiscrète. Cette notion est le fondement d'applications telles que la cryptographie quantique, une sécurité garantie par les lois de la physique quantique.
Maiqs la communication quantique sur de longues distances, cependant, est également affectée par les pertes de photons conventionnelles, qui est l'un des principaux obstacles à la réalisation d'Internet quantique à grande échelle. ....le même principe physique qui rend la communication quantique ultra-sécurisée rend également impossible l'utilisation de répéteurs classiques existants pour corriger la perte d'informations.
Comment pouvez-vous alors amplifier et corriger un signal si vous ne pouvez pas le lire? La solution à cette tâche apparemment impossible implique un soi-disant répéteur quantique. Contrairement aux répéteurs classiques, qui amplifient un signal à travers un réseau existant, les répéteurs quantiques créent un réseau de particules enchevêtrées à travers lequel un message peut être transmis.
En substance, un répéteur quantique est un petit ordinateur quantique à usage spécial. À chaque étape d'un tel réseau, les répéteurs quantiques doivent être capables d'attraper et de traiter des bits quantiques d'informations quantiques pour corriger les erreurs et les stock pour la suite .......er suffisamment longtemps pour que le reste du réseau soit prêt. Jusqu'à présent, cela était impossible pour deux raisons: Premièrement, les photons uniques sont très difficiles à attraper. Deuxièmement, les informations quantiques sont notoirement fragiles, ce qui rend très difficile leur traitement et leur stockage pendant de longues périodes.
Le laboratoire de Lukin, en collaboration avec Marko Loncar, professeur d'ingénierie électrique Tiantsai Lin à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS),
Hongkun Park, Mark Hyman Jr., professeur de chimie à la Faculté des arts et des sciences de Harvard (FAS), et Dirk Englund, professeur agrégé de génie électrique et d'informatique au Massachusetts Institute of Technology (MIT), ont travaillé pour exploiter un système qui peut bien remplir ces deux tâches: les centres de couleur de silicium dans les diamants.
Ces centres sont de minuscules défauts dans la structure atomique d'un diamant qui peuvent absorber et rayonner la lumière, donnant naissance aux couleurs brillantes d'un diamant.
"Au cours des dernières années, nos laboratoires ont cherché à comprendre et à contrôler les centres de couleurs de silicium vacants individuels, ( les trous ou lacunes)n particulier sur la façon de les utiliser comme dispositifs de mémoire quantique pour des photons uniques", a déclaré Mihir Bhaskar, un étudiant diplômé du groupe Lukin.Explore further
Les chercheurs ont intégré un centre de couleur individuel dans une cavité diamantée nanofabriquée, qui confine les photons porteurs d'informations et les oblige à interagir avec le centre de couleur unique. Ils ont ensuite placé l'appareil dans un réfrigérateur à dilution, qui atteint des températures proches du zéro absolu, et ont envoyé des photons individuels à travers des câbles à fibres optiques dans le réfrigérateur, où ils ont été efficacement capturés et piégés par le centre de couleur.
L'appareil peut stocker les informations quantiques pendant des millisecondes, c est à dire suffisamment longtemps pour que les informations soient transportées sur des milliers de kilomètres. Des électrodes intégrées autour de la cavité ont été utilisées pour fournir des signaux de contrôle afin de traiter et de conserver les informations stockées dans la mémoire.
"Cet appareil combine les trois éléments les plus importants d'un répéteur quantique: une longue mémoire, la capacité de capter efficacement les informations des photons et un moyen de les traiter localement", a déclaré Bart Machielse, étudiant diplômé du Laboratoire d'optique nanométrique. "Chacun de ces défis a été relevé séparément, mais aucun appareil n'a combiné les trois."
"Actuellement, nous travaillons à étendre cette recherche en déployant nos mémoires quantiques dans de véritables liaisons urbaines à fibres optiques", a déclaré Ralf Riedinger, un post-doctorant du groupe Lukin. «Nous prévoyons de créer de grands réseaux de mémoires quantiques enchevêtrées et d'explorer les premières applications de l'Internet quantique.»
"Il s'agit de la première démonstration au niveau du système, combinant des avancées majeures dans la nanofabrication, la photonique et le contrôle quantique, qui montre un net avantage quantique pour communiquer des informations à l'aide de nœuds de répéteurs quantiques. Nous sommes impatients de commencer à explorer de nouvelles applications uniques en utilisant ces techniques," dit Lukin.
888888888888888888888888888888
Explore further
The first quantum orienteering by quantum entangling measurements enhancement
More information: Experimental demonstration of memory enhanced quantum communication, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2103-5 , https://nature.com/articles/s41586-020-2103-5
Journal information: Nature
Provided by Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences
888888888888888888888888888888888888
MES COMMENTAIRES
Concernant tous ces articles qui déferlent depuis une dizaine d années au sujet de l ordinateur quantique ,la communication quantique cryptée , etc . je n arrete pas de rappeler a quel point la décoherence quantique et le bruit restent un obstacle majeur et que tous ces physiciens s 'incrutstent sur un rève !
Et bien j ai peut etre tort si ces gens de Harvard et du MIT utilisent des diaments dopés en lacunes adéqutes comme répéteurs quantiques différés !
Ils reconnaissent toutefois n avoir pas encore pu tout rassembler dans une sorte de boitier miracle a fonctions multiples
Bref !attendons la suite deleurs essais avec curiosité!
Aucun commentaire:
Enregistrer un commentaire