Les énormes quantités de données quantiques échangées par des ordinateurs quantiques à des milliers de kilomètres peuvent être manipulées par un nouveau détecteur créé par JPL et Caltech. Le potentiel de fonctionnement des millions de fois plus rapide que les ordinateurs actuels réside dans l'informatique quantique. Cependant, pour que les ordinateurs quantiques soient connectés sur de longues distances, un réseau de communication quantique spécial sera nécessaire.
Pour aider à construire un tel réseau, les scientifiques du Jet Propulsion Laboratory de la NASA et de Caltech ont créé un appareil capable de compter d'innombrables minuscules photons (particules de lumière quantique) avec une précision incroyable. Le détecteur PEACOQ (Performance-Enhanced Array for Counting Optical Quanta) peut surveiller le temps auquel chaque photon se frappe en 100 billionièmes de seconde, à un taux de 1,5 milliard de photons par seconde; c'est comme mesurer des gouttes d'eau individuelles pulvérisées à partir d'un tuyau d'incendie. D'autres détecteurs ne pouvaient pas atteindre cette vitesse.
"La transmission d'informations quantiques sur de longues distances était jusqu'à présent très limitée", a déclaré Ioana Craiciu de l'équipe du projet PEACOQ, chercheuse postdoctorale au JPL et première auteure de l'étude. "Transmettre des informations quantiques à des vitesses plus élevées et plus loin est possible grâce à de nouvelles technologies de détection comme le PEACOQ qui peut mesurer des photons uniques avec une précision d'une fraction de milliseconde."
Les ordinateurs traditionnels copient les informations sous la forme d'une série de 1 et de 0, communément appelés bits, et les envoient via des modems et des réseaux de communication. Les bits sont ensuite transférés sur des câbles, des fibres optiques et dans l'espace à l'aide d'ondes radio ou d'éclairs de lumière. Une fois les pièces récupérées, elles sont réassemblées pour produire les données d'origine.
La communication entre les ordinateurs quantiques est différente. Les bits quantiques ou qubits sont utilisés pour stocker des informations, qui sont des particules fondamentales telles que les électrons et les photons qui ne peuvent pas être reproduites et retransmises sans être détruites. Les informations quantiques sont déformées après seulement quelques dizaines de kilomètres transmises sur des fibres optiques à l'aide de photons codés, augmentant la difficulté et réduisant considérablement la taille potentielle de tout futur réseau.
Un réseau quantique optique spécial en espace libre pourrait inclure des "nœuds" spatiaux sur des satellites en orbite terrestre pour permettre aux ordinateurs quantiques de communiquer en dehors de ces contraintes. Ces nœuds agiront comme des transmetteurs de données en générant des paires de photons intriqués et en les envoyant à deux terminaux informatiques quantiques distants de centaines, voire de milliers de kilomètres.
Même avec une grande distance entre eux, les paires de photons intriqués sont si interconnectées que la mesure de l'un modifie instantanément les résultats de la mesure de l'autre. Cependant, un détecteur très sensible comme le PEACOQ aurait besoin de mesurer exactement quand il a reçu chaque photon et de transmettre les données qu'il contient pour que ces photons intriqués puissent être reçus par le terminal d'un ordinateur quantique.
Plumage Supraconducteur
Le détecteur est un petit appareil. Il comporte 32 nanofils supraconducteurs de nitrure de niobium sur une puce de silicium, avec des connecteurs rayonnants qui donnent son nom au détecteur. Le détecteur ne mesure que 13 microns de large. Chaque nanofil est 10.000 XNUMX fois plus fin qu'un cheveu humain.
Développé par le Micro Devices Laboratory du JPL et soutenu par le programme Space Communications and Navigation (SCaN) de la NASA, le détecteur PEACOQ doit être maintenu à une température cryogénique qui n'est que de 272 degrés Fahrenheit en dessous du zéro absolu (moins 458 degrés Celsius). Cela préserve l'état supraconducteur des nanofils ; cela leur est nécessaire pour convertir les photons absorbés en impulsions électriques qui transmettent des données quantiques.
Le détecteur doit être suffisamment sensible pour détecter des photons uniques, mais doit également être construit pour résister au bombardement par plusieurs photons à la fois. Ce temps mort est réduit au minimum, bien que chaque nanofil supraconducteur du détecteur perde temporairement sa capacité à détecter plus de photons lorsqu'il est frappé par un photon. PEACOQ a également 32 nanofils, donc quand l'un "meurt", les autres peuvent combler le vide.
Selon Craiciu, PEACOQ sera bientôt utilisé dans des expériences de laboratoire pour démontrer la communication quantique à des vitesses plus rapides ou sur de plus longues distances. À long terme, cela pourrait offrir une solution au problème de l'envoi de données quantiques dans le monde entier.
Essais dans l'espace lointain
PEACOQ est basé sur le détecteur créé pour la démonstration de la technologie DSOC (Deep Space Optical Communications) de la NASA et fait partie d'une initiative plus large de la NASA visant à permettre des communications optiques dans l'espace libre entre l'espace et la Terre. DSOC sera lancé pour la première fois plus tard cette année aux côtés de la mission Psyche de la NASA pour démontrer comment les futures communications optiques à haut débit entre la Terre et l'espace lointain pourraient fonctionner.
Bien que le terminal terrestre DSOC de l'observatoire Palomar de Caltech dans le sud de la Californie ne transmette pas d'informations quantiques, il a toujours besoin de la même précision élevée pour compter les photons individuels provenant du laser de l'émetteur-récepteur DSOC lorsqu'il se déplace dans l'espace lointain.
Matt Shaw, qui est responsable des travaux du JPL sur les détecteurs supraconducteurs, a déclaré : « Ceci est considéré comme la même technologie qu'une catégorie de détecteurs différente. "Qu'il soit codé avec des informations quantiques ou que nous voulions détecter des photons uniques à partir d'une source laser dans l'espace, nous comptons toujours des photons uniques", a-t-il déclaré.
Source : jpl.nasa.gov/news
Günceleme: 03/03/2023 18:57