L’intrication à longue distance entre mémoires quantiques constitue la base technique de la construction de l’internet quantique, avec des applications potentielles dans les communications quantiques à distance via relais quantiques, le calcul quantique distribué et la détection quantique distribuée. La clé pour étendre la distance d’intrication entre mémoires quantiques réside dans l’amélioration du taux de réussite de l’intrication. Pour cela, l’équipe a mené pendant de nombreuses années des recherches sur la connexion par intrication basée sur l’interférence de photons uniques, résolvant des défis techniques tels que le verrouillage de phase sur longues fibres optiques, la synchronisation de phase à distance entre lasers indépendants, et la conversion de fréquence quantique à haute efficacité et faible bruit. Pour porter la distance d’intrication à plusieurs centaines de kilomètres, il faut également réduire les pertes de transmission dans le canal et améliorer la stabilité à long terme du verrouillage de phase des photons uniques.

L’équipe de recherche a fait passer la longueur d’onde des mémoires quantiques de 795 nanomètres à 780 nanomètres et a remplacé le schéma de conversion de fréquence quantique, permettant ainsi aux photons de signal de correspondre à la fenêtre de transmission à très faible perte de la fibre optique. En ce qui concerne le verrouillage de phase des photons uniques, l’équipe a développé une technique de verrouillage de phase à trois fréquences et deux longueurs d’onde combinant temps plein et temps partagé, améliorant considérablement la stabilité à long terme du verrouillage de phase des photons dans le cas de fibres optiques ultra-longues. En combinant ces deux nouvelles technologies, les chercheurs ont mené des expériences d’intrication à deux nœuds sur différentes longueurs de liaisons en fibre optique. Les expériences ont montré que, jusqu’à 420 kilomètres, les photons émis par deux mémoires quantiques à atomes froids maintiennent une interférence de photons uniques stable, et l’intrication quantique entre les mémoires a également été directement vérifiée.

Les chercheurs indiquent que ce travail permet non seulement d’augmenter considérablement la distance d’intrication entre mémoires, mais aussi de réaliser une avancée importante dans le taux de réussite de la distribution d’intrication, dépassant la limite théorique de la distribution directe d’intrication quantique sur de longues distances (au-delà de 230 kilomètres). Ces technologies rendent possible la construction de réseaux quantiques à l’échelle interurbaine et la conduite de recherches appliquées connexes.