Tester simplement les liens d’un réseau quantique

31 mai 2013

Des physiciens parisiens et genevois ont mis au point une nouvelle approche pour tester simplement l’opérationnalité des liaisons élémentaires dans un réseau de communication quantique à grande distance.


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Les développements de l’information quantique, notamment le partage de clé cryptographique, permettent d’envisager la mise en place de réseaux de communication quantique à grande distance. Les protocoles d’échanges actuellement développés à cet effet reposent sur l’utilisation de canaux de communication élémentaires dans lesquels transitent des photons uniques. Le transfert d’une information quantique nécessite alors d’associer plusieurs de ces canaux, ce qui complique grandement les tests d’opérationnalité. Des physiciens du Laboratoire Kastler Brossel - LKB (UPMC/CNRS/ENS/Collège de France) et du groupe de physique appliquée de l’Université de Genève viennent de proposer une méthode simple et efficace pour tester un à un les canaux, sans avoir à mettre en place le protocole complet de communication. En contraste avec les techniques utilisées jusqu’à présent, cette méthode, qui fait l’objet d’une publication dans la revue Physical Review Letters, repose sur des mesures locales et ne requiert pas d’hypothèse sur le lien testé.

Dans cette expérience, le canal quantique est composé d’un dispositif d’émission, au centre, et de deux voies conduisant chacune à l’un des deux interlocuteurs souhaitant partager la clé cryptographique. Pour leur test, les chercheurs envoient un par un des photons sur une lame semi-réfléchissante. Chaque photon est transmis aléatoirement vers l’une ou l’autre des deux voies. Comme le photon est une particule quantique, il se trouve alors délocalisé entre ces deux chemins. Pour tester cette délocalisation, sur laquelle repose le transfert d’information quantique, les méthodes habituelles nécessitent de recombiner les signaux sortant de ces deux voies ; une méthode difficile à mettre en œuvre dans un réseau où ces deux sorties sont à grande distance l’une de l’autre. Pour pallier cette difficulté, et éviter de recombiner les sorties des deux voies, les physiciens ont fait interférer la sortie de chacune de ces deux voies avec deux faisceaux intenses brillants. La combinaison de ces mesures leur a alors permis de déterminer le paramètre de corrélation dont la valeur permet de déterminer si le canal est utilisable pour un transfert d’information quantique. En variant les conditions expérimentales, les chercheurs ont mis en évidence la grande robustesse du test ainsi démontré.

: Un état intriqué est généré à partir d’un photon unique, puis les deux canaux corrélés sont détectés localement par deux détections homodynes. Ces mesures, inspirées d’un test de Bell, permettent de déterminer la présence d’intrication, une ressource centrale des réseaux quantiques.

En savoir plus

Witnessing Trustworthy Single-Photon Entanglement with Local Homodyne Measurements, O. Morin¹, J.-D. Bancal², M. Ho³, P. Sekatski², V. D’Auria⁴, N. Gisin², J. Laurat¹ et N. Sangouard², Physical Review Letters, (2013)

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