Un portail de téléportation quantique connecte des qubits dans deux laboratoires

Des chercheurs allemands ont mené une opération de porte quantique entre deux bits quantiques (qubits) dans différents laboratoires. Cela marque un pas vers la logique quantique distribuée.

Une opération délicate

L’ajout de qubits à un ordinateur quantique est beaucoup plus délicat que l’ajout de bits à un ordinateur classique. En effet, chaque qubit doit être capable de subir les interactions logiques nécessaires tout en étant isolé du bruit qui peut détruire les informations quantiques. L’interférence entre plusieurs qubits produit pourtant du bruit et causerait une diaphonie. 

La difficulté de traiter des qubits spécifiques dans de grands registres, un espace restreint ou encore les problèmes d’élimination de la chaleur à partir de grands échantillons cryogéniques sont autant de difficultés.

Plusieurs appareils

Répartir les qubits entre plusieurs périphériques pourrait résoudre ces problèmes. Cependant, cela nécessiterait d’intégrer les opérations de logique quantique effectuées sur chaque appareil. Si vous calculez simplement un résultat avec un module et envoyez l’état à un autre module, vous n’augmentez toujours pas l’espace de calcul dont vous disposez.

La téléportation, la création de portes quantiques dont la sortie est conditionnelle à l’état d’une porte d’entrée ailleurs, est donc devenue un champ de recherche actif. De telles portes ont été démontrées entre des ions dans le même espace, des circuits supraconducteurs dans un seul cryostat, et un avec des qubits photoniques. Le taux de réussite est encore minime.

Une conception différente

Severin Daiss du Max Planck Institute of Quantum Optics à Garching et ses collègues dévoilent une porte radicalement différente, conceptuellement plus simple. Celle-ci est basée sur l‘interaction d’un photon unique avec des modules dans deux laboratoires différents. Dans chaque laboratoire, ils mettent en place une cavité optique contenant un seul atome de rubidium. Ils relient ensuite les deux systèmes à l’aide d’une fibre optique de 60 m. 

Pour mettre en œuvre la grille, ils envoient un photon sous forme de qubit volant le long de la fibre et le réfléchissent successivement depuis les deux cavités, emmêlant ainsi sa polarisation avec les niveaux d’énergie du rubidium. Une mesure du photon est ensuite combinée à une rétroaction conditionnelle sur le qubit pour réaliser une porte CNOT, l’un des composants clés de la logique quantique.

Et ensuite ?

Le protocole produit une porte quantique annoncée dans laquelle la détection du photon signale une opération de porte réussie. À l’avenir, cela pourrait s’avérer crucial pour produire un ordinateur quantique fiable. D’autres plateformes pourraient théoriquement produire des portes quantiques en utilisant le protocole des chercheurs si le qubit pouvait être couplé suffisamment à une cavité ou un résonateur. 

Ultérieurement, la prochaine étape serait de connecter ensemble des modules comprenant plus d’un qubit et produisant des ordinateurs avec plus d’un module. Selon Ronald Hanson de l’Université de technologie de Delft aux Pays-Bas, le concept de Daiss est intéressant surtout que les chercheurs montrent que cela fonctionne. Le fait qu’il soit annoncé combiné à son efficacité fait toute la différence. C’est là la nouveauté de l’œuvre.