Les chercheurs ont utilisé des techniques innovantes et surmonté les limitations précédentes pour créer un nouveau record de vitesse de 7,1 qubits par seconde, faisant ainsi progresser le développement de la technologie de transmission quantique longue distance et marquant une étape cruciale vers un Internet quantique efficace et de grande envergure.

La téléportation quantique utilise l'intrication quantique et la communication classique pour transmettre des informations quantiques vers des emplacements distants. Ce concept a été mis en œuvre dans une variété de systèmes de lumière quantique, allant des expériences en laboratoire aux tests pratiques en situation réelle. Il convient de noter qu’en utilisant le satellite Micius en orbite basse, les scientifiques ont réussi à transmettre des informations quantiques à une distance de plus de 1 200 kilomètres. Cependant, il n’existe actuellement aucun système de transmission quantique avec des vitesses de transmission de l’ordre de Hertz. Cela entrave les futures applications de l’Internet quantique.

Dans un article publié dans "Light Science & Application", une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Guo Guangcan et le professeur Zhou Qiang de l'Université des sciences et technologies électroniques de Chine a collaboré avec le professeur You Lixing de l'Institut des microsystèmes et des technologies de l'information de Shanghai, Académie chinoise des sciences. Sur la base du « UESTC First City Quantum Internet », ils ont augmenté pour la première fois le taux de téléportation à 7,1 qubits par seconde. Cela a établi un nouveau record pour un système de téléportation quantique dans une zone urbaine.

a, Vue aérienne du système de convoyeur. Alice « A » se trouve dans la salle de commutation du réseau, Bob « B » et Charlie « C » sont situés dans deux laboratoires différents. Toutes les fibres optiques reliant les trois nœuds appartiennent au réseau fédérateur de l'UESTC. Au cours de l'expérience, seuls les signaux créés par Alice, Bob et Charlie ont été transmis à travers ces fibres « sombres ». Alice prépare l'état initial avec une source monophotonique faiblement cohérente et l'envoie à Charlie via le canal quantique. La source intriquée de Bob génère une paire de photons intriqués, qui envoient ensuite le photon paresseux à Charlie via un autre canal quantique. Charlie effectue une mesure conjointe de l'état de Bell (BSM) sur les qubits envoyés par Alice et Bob, les projetant dans l'un des quatre états de Bell. Ensuite, le résultat BSM est envoyé à Bob via le canal classique, et Bob effectue une transformation d'unité (U) sur le photon signal pour restaurer l'état initial.

"Démontrer la téléportation quantique à grande vitesse en dehors du laboratoire implique une série de défis. Cette expérience montre comment surmonter ces défis, établissant ainsi une étape importante pour le futur Internet quantique", a déclaré le professeur Zhou Qiang, l'auteur correspondant de ces travaux. Un défi expérimental majeur pour les systèmes de téléportation quantique du monde réel consiste à effectuer des mesures d’état de Bell (BSM).

Pour garantir le succès de la téléportation quantique et améliorer l'efficacité de la mesure de l'état de Bell (BSM), les photons d'Alice et de Bob doivent être impossibles à distinguer à Charlie après avoir été transmis sur de longues distances dans des fibres optiques. L’équipe de recherche a développé un système de rétroaction entièrement opérationnel qui a permis une stabilisation rapide des différences de longueur de trajet et de polarisation des photons.

L’équipe, quant à elle, a utilisé un guide d’onde en niobate de lithium périodiquement polarisé à l’extrémité d’une seule fibre optique pour générer des paires de photons intriqués. Sur cette base, ils ont développé une source de lumière intriquée quantique de haute qualité avec un taux de répétition de 500 MHz pour les systèmes de transmission longue distance.

La barre rouge est la fidélité mesurée à l'aide du QST. La barre bleue est la fidélité obtenue en utilisant DSM. La fidélité des deux méthodes dépasse la limite classique des 2/3, la ligne pointillée grise.

Une telle téléportation quantique à grande vitesse basée sur l’optique quantique nécessite les capteurs de photons les plus sensibles pour collecter autant d’événements que possible. L'équipe dirigée par le professeur You Lixing, en collaboration avec des collègues de Photon Technology Co., Ltd., a fourni des détecteurs monophotoniques à nanofils supraconducteurs de haute performance pour cette expérience. Étant donné que le détecteur est extrêmement efficace et pratiquement sans bruit, une analyse BSM et quantique à haut rendement est obtenue.

L'équipe de recherche a utilisé deux méthodes, la tomographie à état quantique et l'état leurre, pour calculer la fidélité de la transmission à distance, qui est bien supérieure à la limite classique (66,7%), confirmant que la transmission à distance quantique urbaine à grande vitesse a été réalisée.

À l'avenir, « l'Internet quantique n°1 de la métropole n°1 de l'Université des sciences et technologies électroniques de Chine » devrait combiner des sources de lumière quantiques intégrées, des répéteurs quantiques et des nœuds d'information quantique pour développer une infrastructure Internet quantique « à haut débit, haute fidélité, multi-utilisateurs et longue distance ». L’équipe prévoit également que cette infrastructure favorisera davantage l’application pratique de l’Internet quantique.