Synchroniser les éléments d'un réseau de communication quantique façon "plug-&-play"

Publié par Redbran le 23/08/2020 à 13:00
Source: CNRS INP
Grâce à l'utilisation d'une horloge optique délivrée par un laser issu des technologies standards des télécommunications, des physiciennes et des physiciens ont mis au point une solution simple et universelle pour la synchronisation des noeuds des futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) réseaux quantiques de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine...).


Schéma de synchronisation tout optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) "plug&play".Les impulsions laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light...) d'une horloge maîtresse sont distribuées en parallèle aux différents noeuds du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit...) quantique via des canaux optiques classiques. À chaque noeud, les impulsions d'horloge sont mises en forme afin d'alimenter directement les dispositifs quantiques qui s'y trouvent. Les noeuds pilotés par la même horloge optique sont automatiquement synchronisés. © INPHYNI (CNRS/Univ. Côte d'Azur)

Les réseaux quantiques combinent un traitement des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) efficace avec un échange d'informations ultrasécurisé. Des composants fondamentaux pour le traitement et la distribution de l'information quantique existent d'ores (ORES, l'Opérateur des Réseaux Gaz & Électricité est le l'opérateur des réseaux de distribution d'électricité et de gaz pour les 8 gestionnaires du secteurs mixte en région wallonne (intercommunales...) et déjà: mémoires quantiques, interfaces entre différents systèmes et les liaisons optiques de communication quantique sur longue distance... Néanmoins, le développement de réseaux quantiques opérationnels est freiné par l'absence d'une méthode de synchronisation pratique permettant aux différents éléments constitutifs, les noeuds, de fonctionner ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble),...). Des chercheurs et des chercheuses de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et...) de Nice (INPHYNI, CNRS/Univ. Côte d'Azur) ont montré que la combinaison (Une combinaison peut être :) de technologies classiques de télécommunication (Les télécommunications sont aujourd’hui définies comme la transmission à distance d’information avec des moyens électroniques. Ce terme est plus utilisé que le...) et d'optique non linéaire fournit une solution efficace, universelle et pratique pour la synchronisation des réseaux quantiques.

L'idée est d'exploiter le réseau de fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) des télécommunications pour distribuer un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par...) d'horloge optique et d'utiliser directement ce signal aux différents noeuds en lui appliquant les étages optiques non linéaires nécessaires à l'adaptation de ses propriétés spectrales. Cette stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) fournit une référence temporelle commune à des systèmes quantiques distants, sans restriction a priori sur leur nature ou leur nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».). Ces résultats sont publiés dans la revue npj Quantum Information.

La faisabilité et la validité de la méthode ont été démontrées avec la synchronisation de deux sources de paires de photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées...) espacées jusqu'à 100 km. La précision de la synchronisation a été évaluée par la mesure des interférences entre deux photons provenant des deux sources synchronisées à distance et c'est bien un test d'optique quantique fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) qui répond à une question relevant de la mise en oeuvre de systèmes quantiques. La visibilité (En météorologie, la visibilité est la distance à laquelle il est possible de distinguer clairement un objet, quelle que soit l'heure. On peut mesurer la...) des interférences dépasse 90 % et la qualité obtenue confirme la synchronisation des deux noeuds tout en validant l'approche proposée. De plus, par rapport à d'autres solutions envisagées, cette méthode de synchronisation ne demande pas la mise en place de systèmes de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) complexes.

Cela simplifie considérablement les réalisations expérimentales et, en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), cela permet de contourner les limites engendrées par ces systèmes de contrôles, telles que celles dues aux vitesses finies des signaux ou aux incertitudes temporelles des conversions optoélectroniques. Son extrême simplicité, son universalité et sa faisabilité avec les technologies "télécom" actuelles font de ce schéma de synchronisation, "tout optique",une stratégie précieuse pour la réalisation des futurs réseaux quantiques.

Référence:
A universal, plug-and-play synchronisation scheme for practical quantum networks. V. D'Auria, B. Fedrici, L. A. Ngah, F. Kaiser, L. Labonté, O. Alibart, and S. Tanzilli, npj Quantum Information, le 10 février 2020.
DOI: 10.1038/s41534-020-0245-9

Contacts:
- Virginia D'Auria - Maître de conférences à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) Côte d'Azur, Institut de physique de Nice - virginia.dauria at inphyni.cnrs (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).).fr
- Sébastien Tanzilli -Directeur de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) au CNRS, Institut de physique de Nice - sebastien.tanzilli at inphyni.cnrs.fr
- Communication INP - inp.com at cnrs.fr
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