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Mémoires quantiques

L’équipe

E. Giacobino, J. Laurat

Post-Doctorants : D. Maxein

Doctorants : L. Giner, B. Gouraud, A. Nicolas, L. Veissier

Thématique : Mémoire quantique

Les « communications quantiques » ont pour objectif de transmettre aussi fidèlement que possible des états quantiques entre des sites distants. L’intrication, qui est reliée aux corrélations non-classiques possibles entre des systèmes séparés spatialement, constitue la principale ressource pour réaliser cet objectif : disposer d’états intriqués entre différents sites permet de réaliser des protocoles de cryptographie quantique ou encore le transfert fidèle d’un état quantique par téléportation. Les communications quantiques reposeront très probablement sur des canaux photoniques (fibres optiques). L’intrication disponible, et donc la fidélité de la communication, décroît alors exponentiellement avec la longueur du canal en raison des pertes et des processus de décohérence inévitables. En communication classique, des répéteurs permettent simplement d’amplifier le signal et de le régénérer. Cette technique n’est cependant pas physiquement possible dans le cadre des communications quantiques où ce processus détruirait irrémédiablement les propriétés non-classiques. Pour permettre des communications quantiques à grande distance, il est donc nécessaire d’utiliser des techniques plus complexes dites de « distillation d’intrication ». Cependant, elles ne suffissent pas à résoudre complètement le problème car elles nécessitent un nombre d’états partiellement intriqués augmentant exponentiellement avec la distance du canal. Pour de grandes distances, la communication reste irréaliste. Des répéteurs quantiques sont donc nécessaires pour réaliser des communications dans un canal réel, bruité et à pertes, et pour des distances arbitrairement grandes. Le concept de répéteurs quantiques, qui consiste à diviser le canal en plusieurs segments et opérer des purifications d’intrication en cascade, permet d’obtenir une croissance non plus exponentielle mais polynomiale de la ressource nécessaire. Les protocoles de purification étant non déterministes, une étape cruciale pour le développement de réseaux de communication quantique est de développer des mémoires quantiques.

Le transfert fidèle lumière-matière est donc indispensable à toute communication quantique à longue distance. L’équipe étudie les processus permettant un tel transfert, aussi bien dans des vapeurs atomiques que dans des nuages d’atomes froids (piégés dans un piège magnéto-optique ou piégés autour d’une nanofibre).

Pour une revue des protocoles de mémoires et des applications :
- J. Laurat, "Mémoires quantiques : stocker l’insaisissable", Pour La Science, Dossier trimestriel "Le monde quantique", juillet 2010 PLS

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