Communications quantiques DOSSIER
LE REGARD DES MÉMOIRES PAR JEAN ETESSE
Les distances sur lesquelles il est possible de réaliser des protocoles de communication quantique sont limitées , et pour repousser celles-ci les liens peuvent être fractionnés en liens élémentaires plus courts . C ’ est le principe des ‘ répéteurs quantiques ’, nécessitant une capacité de synchronisation . Les mémoires quantiques , dispositifs capables de stocker et de réémettre les excitations photoniques à la demande , lèvent ce verrou et des preuves de concept voient actuellement le jour dans les réseaux quantiques . Les mémoires quantiques photoniques à l ’ état de l ’ art sont actuellement développées dans les cristaux dopés avec des ions de terres rares d ’ une part et avec des atomes alcalins refroidis d ' autre part , permettant , selon la technologie , d ’ atteindre des temps de stockage de plusieurs heures ou des efficacités de stockage de plus de 90 %. L ’ enjeu actuel de ces technologies est de concentrer sur une plateforme unique les performances requises pour un développement à grande échelle [ 5 ].
( puissance du laser , polarisation de sortie , phase des interféromètres , température ...) doivent donc être pilotables à distance via un ordinateur connecté à internet .
LA SYNCHRONISATION DES UTILISATEURS Il ne s ’ agit pas à proprement parler de synchronisation mais de syntonisation des deux horloges : celles-ci n ’ affichent pas forcément la même heure mais la durée d ’ une seconde doit être la même . Il est toutefois impossible que cette durée soit rigoureusement identique entre les horloges , et nous devons donc nous demander : quel écart-type est acceptable pour notre expérience ? Et par conséquent , quel est le temps caractéristique de rétroaction nécessaire ? L ’ écart-type acceptable est défini par la largeur de la fenêtre d ’ analyse des coïncidences ( voir figure 1 ) qui est de l ’ ordre d ’ une centaine de picosecondes . Puisqu ’ il n ’ est pas suffisant de faire appel aux signaux GPS dont la précision est de l ’ ordre de la nanoseconde , nous avons choisi d ’ utiliser des horloges rubidium locales . La stabilité de ces dernières , de l ’ ordre d ’ une dizaine de picosecondes par seconde , permet un asservissement à l ’ échelle de la seconde . Cela permet d ’ exploiter directement les corrélations quantiques pour mesurer le glissement des horloges et effectuer la correction nécessaire sur l ’ une des deux horloges . Ce choix impose des contraintes fortes sur la partie optique et sur le traitement des données . Il faut en effet disposer de suffisamment d ’ échantillons de détection et d ’ un ordinateur suffisamment puissant pour calculer une fonction de corrélation significative ,
LE REGARD DES VARIABLES CONTINUES PAR VIRGINIA D ’ AURIA le tout en moins d ’ une seconde ! Les pertes à la propagation qui limitent le taux de détection , représentent le principal facteur limitant la distance maximale atteignable du réseau azuréen .
LA STABILISATION DES INTERFÉROMÈTRES Les interféromètres ( de type Mach- Zehnder ) fortement déséquilibrés , formant un interféromètre dit de « Franson », agissent comme des « analyseurs en énergie » pour chaque paire de photons . L ’ intrication se cache dans la dépendance des corrélations à la somme des phases respectives de chaque interféromètre . Il s ’ agit donc d ’ asservir la phase d ’ un interféromètre sur l ’ autre pour que la somme des déséquilibres soit en permanence un multiple de 2π . Là encore , nous avons choisi d ’ optimiser la stabilisation passive des interféromètres ( vibration , température , humidité ...) afin de limiter le décalage en phase de quelques π par jours et de directement exploiter les corrélations quantiques pour mesurer le glissement des phases . C ’ est la mesure des corrélations en énergie qui est
L ’ encodage de bits d ’ information quantique sur les photons uniques n ’ est pas le seul possible . Il est également possible d ’ exploiter les aspects de la lumière davantage liés à sa nature ondulatoire ( encodage à variables continues ) et ainsi d ’ hybrider les deux types d ’ encodage . Ce dernier type d ’ approche se base sur la manipulation d ’ états de la lumière grâce à l ’ association des détecteurs capables de compter des photons et d ’ interféromètres homodyne optiques , proches de ceux utilisés , par exemple , dans les radios du passé . Cette technique permet d ’ obtenir des états de la lumière hautement nonclassiques , tels que des chatons de Schrödinger , ainsi que des états intriqués dit « hybrides », qui donnent la possibilité de tirer profit des deux types d ’ encodage . Les états hybrides optiques sont étudiés , entre autres , pour la préparation à distance d ’ états quantiques , ainsi que comme des ressources prometteuses permettant de réduire l ’ impact des pertes à la propagation dans les protocoles de téléportation et , plus en général , d ’ interfacer des technologies quantiques différentes situées aux nœuds d ’ un réseau quantique [ 6 ].
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