La téléportation quantique complexe a été réalisée pour la première fois

Des scientifiques autrichiens et chinois ont réussi pour la première fois à téléporter des états quantiques tridimensionnels. La téléportation à haute dimension pourrait jouer un rôle important dans les futurs ordinateurs quantiques.

Des chercheurs de l’Académie autrichienne des sciences et de l’Université de Vienne ont démontré expérimentalement ce qui n’était auparavant qu’une éventualité théorique. En collaboration avec des physiciens quantiques de l’Université des sciences et technologies de Chine, ils ont réussi à téléporter des états quantiques complexes à haute dimension. Les équipes de recherche rapportent cette première internationale dans la revue Physical Review Letters.

Dans leur étude, les chercheurs ont téléporté l’état quantique d’un photon (particule de lumière) à un autre photon distant. Auparavant, seuls des états à deux niveaux (« qubits ») étaient transmis, c’est-à-dire des informations avec les valeurs « 0 » ou « 1 ». Cependant, les scientifiques ont réussi à téléporter un état à trois niveaux, un soi-disant « qutrit ». En physique quantique, contrairement à l’informatique classique, « 0 » et « 1 » ne sont pas « l’un ou l’autre » – mais les deux simultanément, ou n’importe quoi entre les deux, est également possible. L’équipe austro-chinoise l’a démontré dans la pratique avec une troisième possibilité « 2 ».

Nouvelle méthode expérimentale

On sait depuis les années 1990 que la téléportation quantique multidimensionnelle est théoriquement possible. Cependant : « Nous avons d’abord dû concevoir une méthode expérimentale pour la mise en œuvre de la téléportation à haute dimension et développer la technologie nécessaire », explique Manuel Erhard de l’Institut d’optique quantique et d’information quantique de l’Académie autrichienne des sciences de Vienne.

L’état quantique à téléporter est codé dans les chemins possibles qu’un photon peut prendre. On peut imaginer ces chemins comme trois fibres optiques. Plus intéressant encore, en physique quantique, un seul photon peut également être localisé dans les trois fibres optiques en même temps. Pour téléporter cet état quantique tridimensionnel, les chercheurs ont utilisé une nouvelle méthode expérimentale. Le cœur de la téléportation quantique est ce qu’on appelle la mesure de Bell. Elle est basée sur un séparateur de faisceau multi-voies, qui dirige les photons à travers plusieurs entrées et sorties et relie toutes les fibres optiques entre elles. De plus, les scientifiques ont utilisé des photons auxiliaires – ces derniers sont également envoyés dans le séparateur de faisceaux multiples et peuvent interférer avec les autres photons.

Grâce à une sélection intelligente de certains modèles d’interférence, l’information quantique peut être transférée à un autre photon éloigné du photon d’entrée, sans que les deux n’interagissent physiquement. Le concept expérimental ne se limite pas à trois dimensions, mais peut en principe être étendu à un nombre quelconque de dimensions, comme le souligne Erhard.

Meilleures capacités d’information pour les ordinateurs quantiques

L’équipe de recherche internationale a ainsi fait un pas important vers des applications pratiques telles que l’Internet quantique du futur, puisque les systèmes quantiques à haute dimension peuvent transporter de plus grandes quantités d’informations que les qubits. « Ce résultat pourrait aider à connecter les ordinateurs quantiques avec des capacités d’information au-delà des qubits », a déclaré Anton Zeilinger, physicien quantique à l’Académie autrichienne des sciences et à l’Université de Vienne, à propos du potentiel innovant de la nouvelle méthode.

Les chercheurs chinois participants voient également de grandes opportunités dans la téléportation quantique multidimensionnelle. « Les bases des systèmes de réseaux quantiques de la prochaine génération sont aujourd’hui fondées sur nos recherches fondamentales », a déclaré Jian-Wei Pan, de l’Université des sciences et de la technologie de Chine. Pan a récemment tenu une conférence à Vienne à l’invitation de l’Université de Vienne et de l’Académie.

Dans leurs travaux futurs, les physiciens quantiques se concentreront sur la façon d’étendre les connaissances nouvellement acquises pour permettre la téléportation de l’état quantique complet d’un photon ou d’un atome unique.

yogaesoteric
18 octobre 2019

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