Sciences.Energies.Environnement/Le Monde selon la physique/2020WEEK 22 P5

Puisque il est rare  que PHYS ORG/ SCIENCE X  propose  le travail de chercheurs français ,je vais vous en passer la traduction !

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« Connecting the quantum internet”

by Sorbonne University

Connecter l'internet quantique

par l'Université de la Sorbonne

PHOTO /Un réseau quantique hétérogène lié par échange d’intrication. Ce processus permet la connexion de plates-formes physiques disparates à de plus longues distances et la conversion d'informations quantiques d'un encodage à un autre. Crédit: Laboratoire Kastler Brossel

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Des chercheurs du laboratoire Kastler Brossel à Paris ont réussi à mettre en œuvre un nouveau protocole d'échange d'intrication "hybride", mettant à la portée de la connexion des plates-formes disparates dans un Internet futur quantique à structure hétérogène.

Dans le numéro en ligne du 29 mai de Science Advances, le professeur Julien Laurat et ses collègues du LKB (Sorbonne Université, CNRS, ENS-Université PSL, Collège de France), avec des collaborateurs du NIST Boulder, ont annoncé une étape importante vers le développement de réseaux quantiques hétérogènes. L'équipe a démontré un moyen de connecter différents types de nœuds quantiques qui ne sont pas nécessairement basés sur  un même type de codage. L'activation d'un tel type de lien est une exigence cruciale pour l'interconnexion de différentes plates-formes physiques qui peuvent effectuer des tâches dédiées améliorées quantiquement

Les réseaux quantiques sont composés de systèmes quantiques situés à des nœuds distants et connectés via des corrélations non classiques appelées intrication  - «cette cation effrayante à distance». On estime  qu'ils surpasseront  les réseaux classiques actuels dans des tâches allant de la communication à sécurité quantique a des taches de mesures améliorées. À l'instar des réseaux classiques, où les informations peuvent être codées en deux codages numériques ou analogiques distincts selon les tâches à accomplir, les réseaux quantiques peuvent s'appuyer sur deux types de codages, comme l'illustre la dualité particule-onde. D'une part, le côté un peut favoriser la nature particulaire des bits quantiques (ou qubits) dans un codage similaire au numérique, et appelé "variable discrète". D'un autre côté, on pourrait préférer utiliser le codage "à variable continue", de type analogique, qui découle de la nature ondulée des particules - une conséquence bien connue de la mécanique quantique.

Dans les réseaux quantiques, la connexion de nœuds distants est effectuée par une opération spécifique appelée échange d’intrication. Cette procédure permet de connecter des systèmes qui n'ont jamais interagi auparavant en utilisant une mesure spécialisée entre deux autres ressources intriquées  séparément avec les systèmes impliqués. Cette opération, connue sous le nom de mesure de l'état de Bell, transfère effectivement - ou «téléporte» - l'intrication aux systèmes finaux. Cependant, en raison de la fragilité de l'intrication, la mise en œuvre d'un protocole si central à l'établissement de connexions quantiques est un véritable défi pour les physiciens. Pour réaliser le transfert de l'intrication et la connexion entre différents types de nœuds, deux états fortement enchevêtrés doivent être produits, en particulier un état "hybride enchevêtré" entre des qubits de type particules et de type onde. L'équipe de LKB a réussi à propager, à partir de ces deux sources, un enchevêtrement entre différents états de lumière qui n'ont jamais interagi directement.

Ce travail est un tremplin pour de nouvelles recherches sur la mise en œuvre de réseaux quantiques hétérogènes", explique Tom Darras, étudiant diplômé au LKB et l'un des principaux auteurs de l'article. "Jusqu'à présent, deux communautés développaient la communication quantique en utilisant des itinéraires différents. Maintenant que le pont a été construit, nous nous attendons à voir, en utilisant les avantages de chaque branche, l'émergence de nouveaux scénarios hybrides allant beaucoup plus loin que les développements actuels."

Les deux états optiques enchevêtrés impliqués dans l'expérience sont conçus à l'aide d'oscillateurs paramétriques optiques, qui sont des sources non linéaires efficaces. Un état intriqué est obtenu en "divisant" un photon unique entre deux chemins différents, sans savoir quel chemin est suivi. L'autre est un état "enchevêtré hybride" entre un qubit optique à variable discrète et un qubit optique de chat Schrödinger à variable continue - se référant à l'expérience Gekanden de Schrödinger couplant un objet macroscopique à un système quantique. Une fois que l'intrication est générée par un processus annonciateur, elle est ensuite permutée via une mesure hybride unique de l'état de Bell. Les auteurs ont accompli toutes les étapes de cette démonstration, de la création des états initiaux intriqués à la caractérisation complète de l'intrication après l'opération d'échange.

«L'expertise complète de l'équipe en ingénierie de l'intrication, couplée à des outils de pointe pour la génération et la caractérisation de l'état quantique, a été déterminante pour le succès du protocole», ajoute Giovanni Guccione, boursier postdoctoral Marie Curie qui est également l'un des principaux auteurs de l'étude.

Outre la création d'un lien entre des utilisateurs disparates, l'expérience est une étape clé vers la construction de réseaux évolutifs. "L'enchevêtrement ou l’intrication  est une ressource intrinsèquement fragile, ce qui signifie que sa distribution sur de plus grandes distances représente un défi important", note Adrien Cavaillès, stagiaire postdoctoral et auteur correspondant de l'article. "Comme il étend la gamme de distribution accessible, le protocole d'échange de l'intrication effectué par le groupe est une capacité cruciale pour les futurs réseaux quantiques hybrides à grande échelle."

Le travail rapporté dans Science Advances est une réalisation majeure vers l'interconnexion de différentes plateformes physiques. Cependant, les chercheurs soulignent également que "même si la possibilité de connecter des nœuds quantiques de nature différente est désormais à portée de main, la connexion n'est pour l'instant limitée qu'aux systèmes optiques, et doit être étendue à de nombreuses autres plates-formes physiques". Un réseau quantique hétérogène pleinement fonctionnel nécessite encore des progrès significatifs dans l'ingénierie et le transfert de l'intrication entre différents systèmes de matière.

Cette démonstration s'appuie sur les avancées précédentes du groupe du professeur Laurat tout au cours de ces dernières années, de la première démonstration de l'intrication hybride entre des qubits de type particule et de type onde à l'ingénierie d'états hybrides et leur utilisation dans les protocoles d'information quantique, soit pour préparation de l'État ou certification de sécurité.

Les autres auteurs sont Hanna Le Jeannic, ancienne étudiante diplômée au LKB, Varun B. Verma et Sae Woo Nam, collaborateurs du NIST Boulder. Ces travaux ont été soutenus par le Conseil Européen de la Recherche, l'Agence Nationale de la Recherche (projet Hy-Light), la Sorbonne Université et la Région Ile-de-France dans le cadre du DIM Sirteq.

Le titre de l'article est "Connexion de réseaux quantiques hétérogènes par échange d'enchevêtrement hybride". Il est disponible dans le numéro en ligne du 29 mai de Science Advances

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How to use entanglement for long-distance or free-space quantum communication

More information: Giovanni Guccione et al. Connecting heterogeneous quantum networks by hybrid entanglement swapping, Science Advances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.aba4508

Journal information: Science Advances

Provided by Sorbonne Universit

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 MES COMMENTAIRES

J’ai longtemps résisté  aux « charmes » des propriétés de l’intrication à cause de sa fragilité et  des problèmes   de décohérence  …En outre  les efforts pour  chercher àl’utiliser en i informatique ultra rapide m agaçaient !

J’avais peut entre tort  comme le montre ces développement du labo Kastler Brossel

 Bravo à toute l’équipe !