Une avancée majeure dans la recherche quantique utilise des dimensions synthétiques pour traiter efficacement les informations quantiques

La découverte, à l’INRS, d’un réseau photonique synthétique capable de générer et de manipuler des états quantiques de la lumière, offre des perspectives prometteuses pour diverses applications, de l’informatique quantique aux protocoles de communication quantiques sécurisés.

VARENNES, QC, 17 octobre 2024 /CNW/ – Une étude codirigée par le professeur Roberto Morandotti de Institut national de la recherche scientifique (INRS) en collaboration avec des équipes de Allemagne, Italieet Japon ouvre la porte à des solutions de pointe qui pourraient contribuer à la réalisation d’un système capable de traiter l’information quantique de manière simple mais puissante.

Leur travail, vient de paraître dans la revue Photonique naturelleprésente une méthode de manipulation des états photoniques de la lumière d’une manière inédite, offrant un meilleur contrôle sur l’évolution de la propagation des photons. Ce contrôle permet d’améliorer la détection et le nombre de coïncidences de photons, ainsi que l’efficacité du système.

Des propriétés insoupçonnées

Le concept de marche quantique est au cœur des expériences de l’équipe de recherche. « Le développement du domaine de l’informatique quantique, amorcé il y a une vingtaine d’années, a grandement bénéficié de la notion de marche quantique, connue pour augmenter la vitesse et la complexité des algorithmes informatiques », explique le professeur Roberto Morandottidont le laboratoire est basé à l’INRS Centre de recherche Énergie Matériaux Télécommunications.

Récemment, la communauté scientifique a développé un autre concept : les réseaux photoniques synthétiques. « Ce travail nous permet d’utiliser le concept de dimensions photoniques synthétiques pour explorer de nombreux phénomènes quantiques au niveau fondamental et les appliquer aux technologies quantiques », explique Stefania Sciarapost-doctorant dans l’équipe de Roberto Morandotti et co-auteur de l’étude.

Le potentiel de ce type de réseau était déjà connu, par exemple pour simuler des effets tels que la symétrie parité-temps, la superfluidité de la lumière et les structures topologiques, mais en utilisant une technologie conventionnelle. « Mais malgré leur potentiel », ajoute-t-elle, « un réseau photonique synthétique capable de gérer les états quantiques n’a jamais été démontré. »

C’est précisément ce qu’ont fait Roberto Morandotti et son équipe. Ils ont découvert un réseau photonique synthétique temporel capable de générer et de manipuler des états quantiques de la lumière (photons), en utilisant le concept de marches quantiques dans des systèmes de fibres simples.

« Notre équipe a découvert comment utiliser des réseaux photoniques synthétiques pour traiter l’information quantique, sur la base des parcours quantiques de photons de grande dimension intriqués dans leurs états temporels », rapporte le professeur Morandotti. « Le système ne nécessite pas beaucoup de ressources, car il est constitué d’appareils fibre, compatibles avec les infrastructures télécoms standards. »

Une technique innovante aux applications multiples

Cette avancée ouvre la porte à l’utilisation de réseaux photoniques synthétiques simplifiés par l’utilisation de marches quantiques pour le traitement de l’information quantique.

Notre approche est sans précédent pour deux raisons », explique Roberto Morandotti. « Elle permet de mieux contrôler l’évolution des marches quantiques dans le domaine temporel et rend possible la manipulation simultanée de la lumière classique et des photons intriqués. Cette découverte ouvre la voie à une variété de protocoles avancés d’informatique quantique et d’information sur des architectures prêtes pour les télécommunications et compatibles avec les puces à microprocesseur.

Plusieurs domaines de la physique fondamentale liés au traitement de l’information quantique peuvent bénéficier des résultats des chercheurs, notamment l’informatique quantique, la métrologie quantique et les communications quantiques sécurisées.

« Notre système est entièrement basé sur des dispositifs à fibre optique utilisés dans le domaine des télécommunications et peut être combiné avec les infrastructures de télécommunications actuelles et futures », précise Stefania Sciara. « Cette découverte est la preuve qu’il est possible de réaliser des systèmes quantiques hautes performances en utilisant des dispositifs, des techniques et des infrastructures à portée de main. Elle démontre également qu’il est possible d’utiliser des réseaux quantiques pour transmettre des données personnelles en toute sécurité. »

À propos de l’étude

L’article « Traitement de l’état quantique à travers des réseaux photoniques temporels synthétiques contrôlables », publié dans la revue Photonique naturellea été co-écrit par Monique Monique, Farzam Nosrati, Agnès Georges, Stefania Sciara, Riza FaziliAndré Luiz Marques MunizArstan Bisianov, Rosario Lo Franco, William J.MunroMario Chemnitz, Ulf Peschelet Roberto Morandotti. DOI : 10.1038/s41566-024-01546-4.

Cette recherche a été financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), et le Fonds de recherche du Québec (FRQ).

À propos de l’INRS

L’INRS est un établissement universitaire dédié exclusivement à la recherche et à la formation supérieure dans des niches stratégiques au Québec. Depuis 55 ans, elle contribue activement au développement économique, social et culturel du Québec. L’INRS est le premier à Canada pour l’intensité de la recherche. Il est composé de quatre centres interdisciplinaires de recherche et de formation, situés à Québec, Montréal, Lavalet Varennesen se concentrant sur les secteurs stratégiques : Eau Terre Environnement Centre de recherche, Énergie Matériaux Télécommunications Centre de recherche, Urbanisation Culture Société Centre de recherche, et Armand-Frappier Santé Biotechnologie Centre de recherche. La communauté de l’INRS compte plus de 1 500 étudiants, stagiaires postdoctoraux, professeurs et personnel.

SOURCEInstitut national de la recherche scientifique (INRS)

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