Une étape importante vers un Internet quantique fonctionnel a été franchie avec le développement d’un nouveau qubit moléculaire capable de transmettre des informations quantiques sur les réseaux de fibres optiques existants. Les chercheurs ont conçu un qubit basé sur l’erbium, un élément de terre rare, exploitant ses propriétés optiques et magnétiques uniques pour combler le fossé entre le calcul quantique et l’infrastructure de télécommunications conventionnelle.
Le défi de la transmission de données quantiques
Les limites actuelles de la communication quantique proviennent de la fragilité des qubits et de la difficulté de transmettre leurs états quantiques délicats sur de longues distances. Contrairement aux bits classiques, qui sont stables sous forme de 1 ou de 0 binaires, les qubits existent dans une superposition d’états, représentant simultanément plusieurs valeurs. Cette propriété, bien que puissante pour le calcul, les rend sensibles à la décohérence, ou à la perte d’informations quantiques, lors de la transmission.
Pour surmonter ce problème, les scientifiques ont exploré différentes technologies de qubits, notamment les circuits supraconducteurs, les ions piégés et les photons. Le nouveau qubit basé sur l’erbium introduit une approche hybride combinant la stabilité des qubits de spin avec les capacités de transmission des qubits photoniques.
Erbium : un élément de base quantique polyvalent
Le qubit nouvellement conçu exploite la capacité de l’atome d’erbium à stocker magnétiquement des informations quantiques tout en étant lu optiquement. Cette double fonctionnalité est cruciale : le spin magnétique code la valeur du qubit, tandis que les propriétés optiques permettent une lecture à l’aide de techniques spectroscopiques standards. L’avantage de l’erbium est sa compatibilité avec les longueurs d’onde des télécommunications – les fréquences standard utilisées dans les réseaux à fibre optique.
« Ces molécules peuvent agir comme un pont à l’échelle nanométrique entre le monde du magnétisme et celui de l’optique », explique Leah Weiss, co-premier auteur de l’étude. “Les informations pourraient être codées dans l’état magnétique d’une molécule, puis accessibles avec de la lumière à des longueurs d’onde compatibles avec les technologies bien développées sous-jacentes aux réseaux de fibres optiques et aux circuits photoniques en silicium.”
Mise à l’échelle des réseaux quantiques
La capacité de fonctionner aux longueurs d’onde des télécommunications résout deux problèmes clés : une perte de signal minimale sur de longues distances et une intégration transparente avec les puces de silicium. Le silicium est transparent à ces fréquences, permettant aux signaux optiques de passer à travers sans être absorbés. Cela signifie que les données quantiques peuvent être intégrées au matériel existant, ouvrant la voie à des appareils plus petits et plus compacts.
La structure moléculaire du qubit, qui est environ 100 000 fois plus petite qu’un cheveu humain, permet également un contrôle et une évolutivité précis. Les chercheurs peuvent ajuster les propriétés du qubit via la chimie synthétique, le rendant adaptable aux dispositifs à semi-conducteurs et même aux environnements biologiques.
Implications futures
Cette percée représente une avancée majeure dans les réseaux quantiques. La capacité d’intégrer la technologie quantique directement dans les infrastructures existantes pourrait accélérer le développement de liens de communication ultra-sécurisés et de réseaux informatiques quantiques longue distance.
Comme le déclare David Awschalom, chercheur principal de l’étude : « En démontrant la polyvalence de ces qubits moléculaires d’erbium, nous franchissons une nouvelle étape vers des réseaux quantiques évolutifs qui peuvent se connecter directement à l’infrastructure optique actuelle. »
Le développement de ce nouveau qubit rapproche de la réalité le rêve d’un Internet quantique entièrement fonctionnel, promettant un avenir dans lequel la communication quantique sécurisée à longue distance n’est plus théorique mais une capacité pratique.
