fr.wedoany.com Rapport : Des chercheurs du Duke Quantum Center et d’IonQ ont démontré la génération distribuée d’un état Greenberger-Horne-Zeilinger (état GHZ) sur un réseau quantique à trois nœuds, en utilisant des ions uniques piégés. Le dispositif expérimental comprend trois modules matériels spatialement séparés, distants d’environ 2 mètres les uns des autres, reliés par des fibres optiques monomodes de 3 mètres à un générateur centralisé d’états GHZ en espace libre. Ce réseau réalise une intrication tripartite à distance, sans nécessiter de portes à deux qubits locales ni de protocole de post-sélection, établissant une fidélité de l’état atomique comprise entre 0,841(17) et 0,881(17) à un taux de génération d’intrication de 0,095(5) s⁻¹.

Chaque nœud matériel isole un qubit à ion unique ¹³⁸Ba⁺ (baryum) confiné dans un piège de Paul à quatre tiges. Un champ magnétique statique de 4,2446(2) G lève la dégénérescence de l’état fondamental, définissant les niveaux de qubit de Zeeman ∣↓⟩ et ∣↑⟩, avec une fréquence de séparation ω₀=2π×11,8964(5) MHz. Une impulsion laser de 3 picosecondes excite simultanément les ions, déclenchant une séquence d’émission spontanée à 493 nm, générant un état intriqué ion-photon avec une fidélité moyenne de 0,983(1). Les photons uniques émis sont transmis via un réseau de fibres optiques au générateur centralisé, où un réseau de lames d’onde aligne leur polarisation sur une base horizontale/verticale partagée, avant d’être interférés par paires sur des séparateurs de faisceau polarisants. Une détection de triple coïncidence sur six photodiodes à avalanche efface l’information de « chemin » du photon, proclamant l’état intriqué des mémoires atomiques cibles.

L’analyse des contraintes opérationnelles du système montre que les principales sources d’infidélité de l’état sont le mélange de polarisation (0,037) et le désaccord de mode spatial (<0,03). La décohérence motionnelle induite par le recul photonique dans une fenêtre de déclaration de 50 nanosecondes contribue à une infidélité supplémentaire de 0,03, tandis que la configuration de préparation et de mesure d’état (SPAM) introduit un taux d’erreur de 0,015. L’efficacité nette de collecte de photons uniques de bout en bout (p_i) pour les trois nœuds varie de 0,0074 à 0,0145. Ces limitations d’efficacité sont déterminées par la dérive du couplage des fibres et le chauffage par recul accumulé au cours des cycles d’intrication répétés de 1 microseconde, nécessitant des interruptions périodiques pour un refroidissement Doppler.

Ce réseau à trois nœuds est utilisé pour effectuer un test définitif de non-localité quantique en mesurant le paramètre de Mermin à 3,203(45), violant la limite classique des variables locales cachées ≤2 à 27 écarts types. L’état du qubit est analysé en transférant la population de l’état ∣↓⟩ vers le niveau cible ²D_5/2 via une impulsion π laser à 1762 nm, puis en effectuant une imagerie par fluorescence sous un éclairage combiné à 493 nm et 650 nm. En raison de la haute efficacité de lecture d’état des ions piégés (>99,7 %), cette expérience ferme la faille de détection. Cela représente une validation de la violation de l’inégalité de Mermin multi-nœuds en utilisant des mémoires atomiques distantes et adressables individuellement, plutôt que des photons purs ou des milieux d’ensemble.

La réalisation d’une intrication tripartite entièrement distribuée esquisse une voie d’ingénierie pour les systèmes de calcul quantique modulaires. Ce modèle d’infrastructure ne cherche pas à étendre la capacité de traitement dans une seule cavité sous vide monolithique, mais connecte différents nœuds de traitement quantique localisés via des interconnexions photoniques pour répartir la charge de travail de calcul. La génération prête à l’emploi de ces états distribués établit un cadre fondamental pour les protocoles cryptographiques multipartites, le partage sécurisé de secrets quantiques et les réseaux de détection quantique distribués utilisant des nœuds atomiques interconnectés.

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