Téléportation quantique à des fréquences télécom sur plus de 25 kilomètres !

Une téléportation quantique a des fréquences télécom sur plus de 25 kilomètres !

L’équipe de physiciens dirigée par Nicolas Gisin de l’Université de Genève [1] a réussi pour la première fois à « téléporter » avec succès un état quantique d’un photon à un cristal sur plus de 25 kilomètres et à des longueurs d’onde de type télécom. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Photonics. Comment Obtenir un article mentionné
Ce qui est remarquable n’est pas tant la distance (Prof Gisin avait déjà réalisé une distance de 6 km en 2003)  mais le fait qu’on travaille avec des fréquences compatibles avec les ordinateurs et téléphones (telecom-wavelength) et que l’état du photon est téléporté dans une mémoire quantique (solid-state quantum memory) – un dispositifs très proches de l’informatique et des réseaux.
Beaucoup pensent que les applications aux réseaux seraient désormais très proches. Cf. ici par exemple « Imagine a future with more instantaneous communication with astronauts in space or rovers on Mars alongside unprecedented network speed and security thanks to quantum encryption. »

En quoi consiste l’expérience ?

Pour cela il faut imaginer deux photons intriqués ; l’un est stocké dans un cristal tandis que l’autre est envoyé le long d’une fibre optique, sur une distance de 25 kilomètres. Le photon envoyé le long de la fibre optique entre en collision avec un troisième photon, ce qui les anéantit tous deux. C’est alors que les chercheurs relèvent, paradoxalement, que l’information contenue dans le troisième photon est maintenant présente dans le cristal.

« Entanglement is established between a rare-earth-ion-doped crystal storing a single photon that is polarization-entangled with a flying telecom-wavelength photon5, 6. The latter is jointly measured with another flying polarization qubit to be teleported, which heralds the teleportation. »  F. Bussières a accepté de mettre a disposition – exclusivement pour les membres expériment@l  l’article complet intranet.pdf

Fig 1: Des cristaux contenant l’information de la lumière après la téléportation  [img]. [img]Source :GAP, University of Geneva (UNIGE)

Evidement le 3e photon n’a pas été physiquement « téléporté » comme si souvent rencontré dans des ouvrages de science-fiction, où le corps de quelqu’un peut se déplacer instantanément d’un endroit à un autre. Il s’agit plutôt d’un transfert des informations sur l’état de ce photon d’un point à l’autre [25 km de distance] sans croiser l’espace physique entre les deux. Ou alors, comme N. Gisin le dit « En téléportation quantique on ne téléporte pas tout l’objet, mais seulement son état quantique, donc sa forme dirait Aristote » [2]; voir aussi son ouvrage pour une introduction non technique du sujet.

Comment mesurer ?

Une news de l’UniGE précise:

« Mais en quoi a consisté cette mise à l’épreuve des propriétés de l’intrication quantique? Il faut imaginer deux photons intriqués, c’est-à-dire indéfectiblement liés au niveau de l’infiniment petit de leurs états respectifs. L’un est propulsé le long d’une fibre optique (les 25 kilomètres précédemment évoqués), mais pas l’autre, qui est envoyé dans un cristal. Un peu comme dans un jeu de billard, un troisième photon percute le premier, ce qui les anéantit tous deux. Les scientifiques mesurent ensuite cette «collision».

On peut observer, comme le fait Félix Bussières, premier auteur de la publication, que «l’état quantique des deux particules de lumière, ces photons qui ressemblent à des frères siamois, agit comme un canal qui actionne la téléportation de la lumière vers la matière».

L’état plus important que le véhicule ?

De là à conclure qu’en physique quantique, l’état prime sur le «véhicule», autrement dit que les propriétés quantiques des éléments transcendent les propriétés physiques classiques, il n’y a qu’un pas. Que l’on peut désormais franchir. »

« The fundamentals of our experiment could be used to demonstrate a small-scale network of remote quantum memories, or a real-world quantum repeater based on an optical- fibre architecture. »

Applications proches ?

Beaucoup pensent que les applications aux réseaux seraient désormais très proches.
Le JPL de la NASA qui a fourni le détecteur imagine qu’on puisse téléporter un état quantique depuis un appareil sur terre instantanément vers un appareil sur mars. Il y aurait moyen d’établir des communications sans le délai très long que la vitesse de la lumière impose aux ondes radio.


Fig 2: Une petite BD de la NASA qui se réfère à l’article de Bussières  (cliquer pour agrandir)  [img]. Source :JPL, NASA

Références

[1] Bussières F., Clausen C., Tiranov A., Korzh B.,. Verma V.B., Nam S. W., Marsili F., Ferrier A., Goldner P., Herrmann H., Silberhorn C., Sohler W., Afzelius M. & Gisin N. (2014). Quantum teleportation from a telecom-wavelength photon to a solid-state quantum memory, Nature Photonic doi:10.1038/nphoton.2014.215intranet.pdf

[2] N. Gisin (2012). L’impensable hasard : non-localité, téléportation et autres merveilles quantiques. Paris: Odile Jacob

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