Sécuriser le stockage de bits quantiques

Des physiciens ont stocké des photons avec une efficacité record au sein d’un nuage allongé d’atomes froids. Cela permet pour la première fois de sécuriser le stockage et la relecture de bits quantiques.

Être capable de stocker l’information quantique dans des mémoires et la relire à la demande est une étape clé pour les futurs réseaux quantiques. Ces mémoires permettent de synchroniser des bits quantiques, pour leur utilisation par exemple dans des protocoles de communication quantique à grande distance ou des algorithmes de calcul.

Cependant, jusqu’à présent, aucune mémoire n’avait permis de stocker puis de récupérer un bit quantique plus de 30 % du temps. Cette efficacité limitée réduisait la performance des dispositifs quantiques développés, mais surtout, puisque c’est moins d’une fois sur deux, cela empêchait de prouver la confidentialité de l’information stockée et la sécurité des protocoles. Pour la première fois, des chercheurs du Laboratoire Kastler Brossel (LKB, CNRS/Sorbonne Université/ENS/Collège de France) viennent de réaliser un tel stockage avec une efficacité record de 70 %, ce qui rend possible le stockage quantique sécurisé.

Dans cette expérience, la mémoire quantique repose sur la conversion du qubit photonique en une excitation atomique dans un ensemble d’atomes de césium refroidis par laser. L’information correspondant à un bit quantique est encodée dans la polarisation d’un photon. Après un temps de stockage réglable jusqu’à une vingtaine de microsecondes, la lumière récupérée à chaque bras de la mémoire est recombinée en un unique faisceau. Une efficacité record de 70 % a été obtenue tout en préservant une fidélité avec le bit quantique initial au-delà de 99 %.

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

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.

Article publié dans Nature Communications : P. Vernaz-Gris, K. Huang, M. Cao, A. S. Sheremet et J. Laurat
Article sur l’archive arXiv
Brève de l’INP du CNRS
Contact chercheur : Julien Laurat (julien.laurat[AT]sorbonne-universite.fr)
Contact communication : L’équipe de communication du département (communication[AT]phys.ens.fr)