Illustration de la photo du laser de balise, employée pour dépister le signal emmêlé de photon à travers
le Lac Qinghai. La statue est Padmasambhava au temple du Lotus chez Gangcha.
L'envoi des signaux par le câble de fibre optique est fiable et rapide, mais en raison de l'absorption interne et d'autres effets, ils perdent des photons ce qui est un problème quand le nombre de photonsenvoyés est petit. C'est l'intérêt particulier dans les réseaux de quantum, qui impliquent typiquement un nombre restreint de photons enchevêtrés. La transmission directe par l'espace libre (ou vide d’air) éprouve moins de perte de photons, mais il est très difficile d'aligner un récepteur éloigné parfaitement avec l'émetteur de sorte que les photons arrivent à leur destination.
Un groupe en Chine a accompli des progrès significatifs pour résoudre ce problème, par l'intermédiaire d'un système de grande précision de pointage et de suivi. Utiliser cette méthode, Juan Yin et ses collègues ont exécuté la téléportation de quantum (copie d'un état de quantum) utilisant des multiples photons enchevêtrés par l’air libre entre deux stations références à 97 kilomètres de distance à travers un lac. En plus, ils ont démontré l'enchevêtrement entre deux récepteurs séparés de 101,8 km, transmis par une station sur une île grossièrement à mi-chemin entre eux.
Bien que les auteurs ne l’expliquent pas clairement dans le papier, leur méthode est actuellement limitée à la communication de nuit. Néanmoins, leurs résultats ont réalisé de plus grandes distances pour la téléportation de multi-photon et l'enchevêtrement à trois points qu'avant, et le système de suivi utilisé peut même permettre la communication de quantum de terre-à-satellite, au moins si elle se produit la nuit.
La communication par Quantum exige la transmission d’un état de quantum arbitraire entre deux points, semblables à la façon dont la communication ordinaire envoie des bits (voix ou d'autres données) à travers des distances. Cependant, un état de quantum est un peu d'information, typiquement diffusée par un simple photon, tant de méthodes employées dans la communication ordinaire sont inadmissibles (radiodiffusion y compris).
Dans les réseaux de fibres optiques de quantum, la perte de photons est grande au-dessus de distances significatives, exigeant l'utilisation des répétiteurs de quantum.Les transmissions libres point par point par l’air libre ou vide d’air (vacuum) sontles meilleures,les plus grandes distances permettent au faisceau de photons de disperser les turbulences atmosphériques qui contribuent également à la perte des photons dans l’air, plus le signal doit voyager loin plus les pertes augmentent.
Un des plus grands défis dans la communication point par point, cependant, est l’acquisition d'objectifs par l'émetteur et/ou le récepteur. Les décalages de la terre légèrement dus au réglage ou à l'activité tectonique, ou aux turbulences atmosphériques incitent le récepteur à sembler se déplacer, le laser transmettant le signal peut manquer sa cible entièrement. Avec peu de photons à épargner dans la communication de quantum, le repérage et l'acquisition en temps réel est nécessaire. Les chercheurs ont résolu ce problème en utilisant des lasers de balise, des faisceaux lumineux qui ne diffusent aucune information, mais peuvent être employés pour viser l'émetteur et le récepteur, et des caméras à angle large.
Comme d'habitude dans l’expérimentation de l'enchevêtrement de quantum, les photons emmêlés créés par groupe en stimulant un cristal avec de la lumière UV. Ceci produit une paire de photons avec la même longueur d'onde, mais des valeurs opposées (et inconnues) de polarisation. Ces photons emmêlés ont été plus tard envoyés aux détecteurs, où leurs états de quantum de polarisation ont été mesurés et comparés. Dans la première expérience, un photon a été envoyé 97 km. à travers le Lac Qinghai (utilisant un télescope pour focaliser le faisceau), alors que la deuxième était analysée localement. En utilisant ces photons, les chercheurs ont copié l'état de quantum du laboratoire à la station lointaine, réalisant la téléportation de quantum au-dessus d'une distance beaucoup plus grande que précédemment obtenue.
Cependant, la communication de quantum exige parfois également la coordination entre deux récepteurs éloignés, ainsi les chercheurs ont installé l'émetteur sur une île du lac. Les récepteurs étaient respectivement à 51,2 et 52,2 kilomètres de la source de photon, sur les rivages opposés du Lac Qinghai, formant un triangle avec l'émetteur. La distance entre le récepteur était de 101,8 km assez loin pour créer un retard de 3 microsecondes entre les mesures de la polarisation de photon.
Avec cette installation, il n'y avait aucune possibilité pour que les deux stations de réception communiquent. Pourtant les photons se sont enregistrés et ont été corrélés, indiquant que l'enchevêtrement avait été maintenu.
Ces expériences fournissent non seulement une preuve de principe pour la communication en espace libre de quantum, mais également des moyens d'examiner les bases de la théorie de quantum au-dessus de plus grandes distances qu'avant. Avec la séparation très grande de détecteur, les expériences d'enchevêtrement de quantum peuvent aider à faire l’interprétation de la différence entre la théorie standard et alternative de cette même théorie du quantum.
Bien que l'aspect de fond soit prometteur, le fait qu'ils s’installent sur les rivages d'un lac (avec aucun obstacle) et que l'expérience ne puisse seulement être exécutée avec succès que la nuit, indiquent ses limitations. L’auteur Yuao Chen a dit par l'intermédiaire de l'e-mail qu'ils travaillent à résoudre le problème pour la communication de jour. Mais puisque le signal se compose de photons simples, il n'est pas clair de savoir comment ceci va fonctionner. Le nombre de photon reçu fluctue avec la position de la lune, donc les perturbations apparaissent comme un véritable problème pour eux. La communication point à point devra aussi bien résoudre ce problème, avant que les réseaux de terre à satellite ne soient fonctionnels.
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