Sécuriser le stockage de bits quantiques

Etre capable de stocker l’information quantique sur des mémoires – et la relire à la demande – est une étape clé pour les futurs réseaux quantiques. Cependant, jusqu’à présent, aucune mémoire n’avait permis de stocker un bit quantique puis de le récupérer avec une probabilité supérieure à 30%.

Cette efficacité limitée réduit la performance des dispositifs et empêche de prouver la confidentialité de l’information stockée comme sa sécurité.

Pour la première fois, des chercheurs du Laboratoire Kastler Brossel viennent de réaliser un tel stockage avec une efficacité record.

Dans cette expérience, la mémoire quantique repose sur la conversion du qubit photonique en une excitation atomique dans un nuage d’atomes de césium refroidis par laser. Cette technique maitrisée au LKB avait déjà permis plusieurs démonstrations ces dernières années, mais l’efficacité de cette méthode dépend grandement du nombre d’atomes mis en jeu. Les chercheurs du LKB ont ainsi réalisé un nuage très allongé d’atomes froids, de près de 3 cm de long.

Cependant, une telle compression du nuage rend généralement difficile le stockage de bits quantiques, nécessitant par exemple de multiplexer spatialement ledit nuage. Dans un nouveau dispositif, les physiciens ont réussi à combiner ces différents ingrédients, tout en conservant un niveau de bruit très faible.

Et c’est une efficacité record de 70 % qui a été obtenue, tout en préservant une fidélité avec le bit quantique initial au delà de 99 %.

Stocker efficacement des bits quantiques au sein d’un large ensemble d’atomes froids. Un bit quantique est encodé dans l’état de polarisation d’un photon par des lames à retard de phase. Le signal est ensuite séparé en deux canaux de polarisations orthogonales qui traversent tous deux un ensemble d’atomes froids très allongé. Un faisceau laser additionnel permet de contrôler le stockage et la relecture. Par rapport aux expériences jusqu’alors réalisées, l’expérience du LKB combine une très large absorption du milieu d’atomes froids, un multiplexage efficace et un bruit très faible.

Référence :

Pierre Vernaz-Gris*, Kun Huang*, Mingtao Cao, Alexandra S. Sheremet and Julien Laurat, Highly-efficient quantum memory for polarization qubits in a spatially-multiplexed cold atomic ensemble, Nature Communications, article number 363 (2018).

Disponible sur la base d’archives ouvertes arXiv (https://arxiv.org/abs/1707.09372)

Contact chercheur : Julien Laurat, Professeur à Sorbonne Université

Ce travail a été publié le 25 janvier 2018 dans la revue Nature Communications.

Article du CNRS : www.cnrs.fr