– e-QUANET

Au cours des quinze dernières années, le statut de l'intrication quantique est passé d'un concept purement fondamental à celui de ressource utile aux nouveaux protocoles quantiques de communication et de traitement de l'information. L'intrication est actuellement au c?ur d'expériences de cryptographie quantique point à point abouties et l'avenir tend vers l'échange de l'information quantique au travers de véritables réseaux. Dans ce contexte, les photons à 1550 nm sont les porteurs privilégiés de qubits pour la distribution fibrée de l?information alors que les atomes ou ions opérant en dessous de 900 nm sont généralement préférables pour le stockage et les tâches de calcul. Si l?interaction lumière-matière permet en théorie de passer d?un type à l?autre, un grave problème demeure en raison de désaccords flagrants entre les longueurs d?onde et largeurs de raie associées aux deux types de qubits. La réalisation de réseaux de communications quantiques constitués de n?uds interconnectés, où le stockage et d?éventuelles tâches de calcul sont possibles, dépend essentiellement du couplage de ces différents type de qubits. Ceci est actuellement considéré comme l'un des principaux défis que la communauté scientifique doit relever. Le consortium e-QUANET réunit le Laboratoire de Physique de la Matière Condensée (LPMC) de Nice, le Laboratoire de Traitement et Communication de l?Information (LTCI) de Paris et le Laboratoire Aimé Cotton (LAC) d?Orsay. Le projet s'appuie sur les compétences complémentaires de ces trois laboratoires afin de réaliser pour la première fois au monde un réseau quantique embryonnaire fonctionnant aux longueurs d'onde des télécommunications et au sein duquel la génération, la distribution et le stockage de l'information quantique sont possibles. Notre protocole expérimental repose sur l'interfaçage d'une source de paires de photons intriqués en polarisation émis autour de 1550 nm avec une mémoire quantique en bande étroite et fonctionnant autour de 800 nm. Notre démarche expérimentale consiste à démontrer que l'intrication créée par une source de photons EPR est préservée après être passée dans une interface quantique puis stockée dans une mémoire quantique, puis restituée. Cette expérience ambitieuse n'a jamais été réalisée auparavant et son succès repose sur l'association d'avancées fondamentales et technologiques. Après une tâche de 6 mois consacrés à la réalisation d'expériences préliminaires permettant d'optimiser nos choix stratégiques (tâche 1), le projet e-QUANET s'articule autour de quatre tâches complémentaires et intriquées : Tâche 2 : Le LTCI étudiera la réalisation d?une source de paires de photons intriqués en polarisation à base de cristaux PPLN massif. Cette source devra présenter des performances exceptionnelles : une très forte brillance donnant un taux élevé de coïncidences (quelques kHz) associée à un degré d'intrication élevé et à une largeur de raie extrêmement faible (40 MHz), avec enfin la possibilité d?accord en longueur d?onde autour de 1560 nm. Tâche 3 : Le LPMC réalisera une interface de changement de longueur d?onde dans des guides d'ondes intégrées sur PPLN. C'est ici un processus de somme de fréquence de l'un des photons de la paire avec une pompe classique auxiliaire qui permettra d'atteindre la longueur d'onde de 790 nm de la mémoire quantique. Les figures de mérite désirées sont une fidélité quantique et une probabilité de conversion aussi proche de l'unité que possible. Tâche 4 : Compte tenu de son savoir-faire, le LAC développera une mémoire quantique basée sur le protocole de type « peigne de fréquence atomique » (AFC en anglais) appliqué à des ions de thulium en matrice cristalline. Tâche 5 : Les trois éléments seront associés au sein d'une même montage qui conduira à la première mise en évidence d?un embryon de réseau quantique. Les tests de caractérisation commenceront par de simples mesures de coïncidences sur des photons annoncés, puis par des mesures de type Bell en polarisation sur des photons intriqués. Dans les deux cas, un photon télécom sera envoyé à Alice et l'autre stocké en mémoire puis relâché par Bob. Le consortium réuni pour ce projet très ambitieux d?une durée de trois ans possède des compétences reconnues mondialement et complémentaires en optique non linéaire et quantique, cristaux dopés terre-rare et communications quantiques. Pour ce type de projet multidisciplinaire, il s?agit là d?un avantage essentiel pour réussir dans un contexte international très concurrentiel.