Un bond en avant quantique pour des mesures ultra-précises et le codage de l'information?

Bénéficiant d'un financement de l'UE, un projet travaillant avec l'optique ultra-rapide a permis de renforcer le contrôle sur les états quantiques spatio-temporels de la lumière, afin de faire progresser l'informatique quantique.

L'informatique quantique suscite beaucoup d'espoirs pour améliorer la métrologie ainsi que toute une série de systèmes d'information, de communication et de technologie (TIC). Cependant, le degré requis pour contrôler les états quantiques et rendre cette approche supérieure aux techniques conventionnelles rend particulièrement difficile la concrétisation du potentiel de cette technologie. On a envisagé que les 'états comprimés dans les systèmes à variables continues' puissent constituer une approche permettant d'améliorer le contrôle des états quantiques, en partie parce que ces systèmes sont supposés être évolutifs.

Le projet QCUMBER (Quantum Controlled Ultrafast Multimode Entanglement and Measurement), financé par l'UE, a exploré l'utilisation de ces états comprimés, ou états à plusieurs photons, dans différents modes temporels basés sur des appareils optiques intégrés. Dans un article récemment publié dans la revue 'Philosophical Transactions A' de la Royal Society, les chercheurs évoquent les limites actuelles de la compression dans les guides d'ondes et les limites de perte dans le processus de conversion.

L'intrication des états comprimés

Les auteurs de l'article soulignent que des progrès importants ont été réalisés au cours des récentes décennies en ce qui concerne les guides d'ondes à faible perte, les compteurs de photons à haute efficacité et les processus non linéaires. D'autre part, grâce au succès du procédé optique non linéaire connu sous le nom de 'conversion artificielle de la fréquence somme', un fonctionnement sur des modes temporels arbitraires à large bande est maintenant possible. Cela ouvre le degré de liberté spectral pour le codage des informations, souvent dans les modes temporels d'un photon unique.

QCUMBER a examiné la possibilité de combiner, dans un système de guide d'ondes, à la fois la compression et la conversion de fréquence à sélection de mode. En créant une analogie entre les QPG (Quantum Pulse Gates, des circuits quantiques fondamentaux) et les réseaux spatiaux, ils ont permis de visualiser le processus d'intrication des états comprimés ou la construction d'états complexes multimodes à variables continues.

En examinant la compression réalisable dans un guide d'ondes KTP monomode à simple passe, l'équipe a constaté que la compression était possible jusqu'à 20 décibels, mais le comportement complexe du procédé s'est traduit par une dégradation importante, réduisant à moins de 90 % l'efficacité de la conversion. Les chercheurs soulignent néanmoins que ce procédé reste prometteur pour l'avenir de la technologie. Ils poursuivent en avançant que cela ne pose pas de problème pour les applications où une faible efficacité de conversion est suffisante, et que la correspondance de phase peut être réalisée en utilisant un modèle simple ne nécessitant pas de puissance de pompage.

Dans le domaine spectral, l'équipe a également réalisé l'intrication dans une structure en peigne de fréquences à ondes continues pour un maximum de 60 modes temporels, et atteint environ 10 modes dans un système pulsé ultra-rapide. Les chercheurs indiquent que lorsque la compression atteint certains seuils, la correction d'erreur pour l'informatique quantique devient possible, ce qui fera avancer la science dans ce domaine.

Exploiter des échelles de temps extrêmes et un large spectre

Les pulsations lumineuses ultra-rapides permettent de mieux comprendre la dynamique sous-jacente des systèmes à des échelles de temps extrêmement réduites. L'exploitation des attributs quantiques de la lumière a permis de faire progresser par l'expérimentation nos connaissances en physique fondamentale et a été cruciale pour les progrès des communications et de la métrologie quantiques. En effet, la métrologie de haute précision a été rendue possible par l'exploitation de la structure en peigne à large fréquence créée par des trains de pulsations lumineuses ultra-rapides.

QCUMBER a été mis en place pour étudier plus en profondeur les occasions qui pourraient émerger des relations entre les propriétés quantiques de la lumière à des échelles de temps extrêmes et sur des spectres extrêmement larges. L'exploitation de la structure des pulsations quantiques ultra-rapides permettra d'effectuer des mesures temps-fréquence encore plus précises et de faire progresser le traitement évolutif des informations quantiques.

Pour plus d'informations, veuillez voir: [url=]Site web du projet[/url]