Alice, Bob et Charlie sont dans des diamants. Ceci n’est pas le début d’un conte pour enfant… mais la base d’un réseau de communication quantique expérimental. Des chercheurs de l’université des technologies de Delft (Pays-Bas) sont parvenus à connecter les états quantiques de trois qubits distincts, dans deux laboratoires différents. Jusqu’à présent, les réseaux quantiques se basaient exclusivement sur des liaisons entre deux qubits.
Cette expérience inédite ouvre la voie à la création de répéteurs quantiques pour sécuriser les réseaux de communication, ainsi qu’à la création d’ordinateurs quantiques distribués : des systèmes de calcul constitués de plusieurs processeurs quantiques distincts, potentiellement espacés de centaines de kilomètres.
Centre azote-lacune
Alice, Bob et Charlie sont donc trois qubits, chacun situé dans un diamant. Plus précisément, chaque bit quantique prend la forme d’un défaut spécifique du cristal – un centre azote-lacune – souvent utilisé pour les expériences de communication quantique. Alice et Charlie sont connectés à Bob via une fibre optique.
Bob, qui fait office de relais, est en réalité constitué de deux qubits, tous deux situés dans le centre azote-lacune : un "qubit communicant", intriqué avec Charlie, et un qubit dit "de mémoire", intriqué avec Alice (situé dans un laboratoire distinct). Une opération logique, dite "mesure de l’état de Bell", permet alors de téléporter l’état quantique du qubit de mémoire de Bob à Charlie… ce qui revient à effectuer une intrication directe entre les états quantiques d’Alice et de Charlie.
Répéteurs quantiques
Ce système pourrait être la solution à un problème critique des réseaux d’internet quantique actuels, dont souffre notamment celui déployé en Chine en janvier dernier. Sensibles aux interférences et peu stables, les qubits envoyés sous forme de photons pour échanger des clés quantiques de chiffrement ne peuvent parcourir une grande distance sans perdre leur état quantique : le record actuel est de 50 kilomètres seulement.
Il faut donc installer le long du réseau des répéteurs, des systèmes capables de transférer l’état quantique d’un photon à un autre, neuf, pour couvrir de plus grandes distances. Pour l’instant réalisés avec des technologies conventionnelles, ces relais représentent des vulnérabilités pour les réseaux quantiques. L’expérience présentée pourrait permettre de sécuriser cette étape.
Les scientifiques assurent que leur système pourrait être étendu aisément à davantage de qubits. Il suffirait pour cela d’augmenter le nombre de bits quantiques de chaque nœud du réseau. Aubaine : une équipe de recherche de la même université a déjà réussi à en créer dix dans un seul centre azote-lacune. De quoi apporter de l’ampleur et de la sécurité à l’internet quantique.
