Une équipe internationale de chercheurs, incluant des scientifiques de l'Université de Paderborn, a franchi une étape importante sur la route vers un internet quantique. Pour la première fois, ils ont réussi à téléporter l'état de polarisation d'un photon unique d'une boîte quantique à une autre physiquement séparée. En termes simples, ils ont fait sauter les propriétés d'un photon à un autre par téléportation quantique, ce qui ressemble à du Star Trek mais n'est en fait que de la physique qui fait son intéressante.

L'expérience a utilisé une liaison optique en espace libre de 270 mètres pour connecter les systèmes, et les résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications. Des doctorants et post-doctorants de Paderborn ont passé environ dix ans sur des mesures optiques, l'analyse des données et l'évaluation, en étroite collaboration avec l'équipe du Professeur Rinaldo Trotta de l'Université Sapienza de Rome.

"L'expérience démontre de manière impressionnante que les sources de lumière quantique basées sur des boîtes quantiques semi-conductrices pourraient servir de technologie clé pour les futurs réseaux de communication quantique," a expliqué le Professeur Klaus Jöns, responsable du groupe de recherche 'Dispositifs photoniques hybrides quantiques' à Paderborn. "La téléportation quantique réussie entre deux émetteurs quantiques indépendants représente une étape vitale vers des relais quantiques évolutifs et donc la mise en œuvre pratique d'un internet quantique."

La percée a reposé sur les contributions de plusieurs centres de recherche européens. Les boîtes quantiques ont été conçues à l'Université Johannes Kepler de Linz, la nanofabrication de résonateurs a été réalisée à l'Université de Würzburg, et les expériences de téléportation ont eu lieu à l'Université Sapienza de Rome, où les scientifiques ont connecté deux bâtiments en utilisant cette liaison optique en espace libre de 270 mètres. Le système utilisait une synchronisation assistée par GPS, des détecteurs de photons uniques ultra-rapides et des méthodes de stabilisation pour contrer la turbulence atmosphérique. La fidélité de l'état de téléportation atteinte était de 82 ± 1 %, dépassant la limite classique de plus de 10 écarts types - ce qui est la façon scientifique de dire "nous sommes à peu près sûrs que ça a marché".

Cet accomplissement ouvre la porte à l'"échange d'intrication" entre deux boîtes quantiques, ce qui créerait le premier relais quantique utilisant deux sources déterministes de paires de photons intriqués. Les sources déterministes peuvent produire de manière fiable des photons uniques presque à la demande, bien que leur développement ait été un défi majeur - parce que bien sûr, rien n'est jamais facile en mécanique quantique.

Par coïncidence, une autre équipe de recherche de Stuttgart et Sarrebruck a rapporté un accomplissement similaire utilisant la conversion de fréquence à peu près au même moment. Ensemble, ces résultats marquent une étape importante pour la recherche quantique en Europe et rapprochent la vision d'un internet quantique fonctionnel de la réalité - en supposant que la réalité ne s'emmêle pas trop avec elle-même.