Intrication quantique record : 420 km de fibre optique pour connecter deux mémoires

Une équipe de l'Université des Sciences et Technologies de Chine (USTC), dirigée par Pan Jianwei, Bao Xiaohui et Zhang Qiang, est parvenue à établir une intrication entre deux mémoires quantiques à atomes froids de rubidium sur 420 km de fibre optique — un bond d'un facteur huit par rapport à leur précédent record de 50 km en 2020. Les résultats ont été publiés sous forme de "Editors' Suggestion" dans Physical Review Letters en juillet 2026 et sont également disponibles sur le serveur de prépublication arXiv (2504.05660) .

Comment l'expérience a-t-elle fonctionné ?

• Deux mémoires quantiques à ensembles atomiques de rubidium, nommées Alice et Bob, étaient reliées par une fibre optique enroulée sur une bobine .
• Un nœud de détection central, Charlie, effectuait des mesures d'état de Bell sur les photons provenant des deux mémoires pour confirmer la réussite de l'intrication .
• L'équipe a utilisé le schéma d'intrication à photon unique DLCZ (Duan-Lukin-Cirac-Zoller), qui génère l'intrication de manière probabiliste en détectant un seul photon émis .

Trois avancées techniques clés

1. Conversion de longueur d'onde vers la bande télécom — Les photons émis par les mémoires au rubidium ont été convertis vers la bande S (environ 1,5 µm) via une conversion de fréquence quantique, permettant une transmission sur fibre avec une perte de seulement ~0,17 dB/km .
2. Système de stabilisation actif de la fibre — Un système de rétroaction en temps réel compensait les fluctuations de phase dans les longues liaisons fibrées, maintenant la visibilité des interférences sur les 420 km .
3. Protocole DLCZ à photon unique — Plutôt que de nécessiter la coïncidence de deux photons, le schéma reposait sur la détection d'un seul photon provenant de chaque nœud mémoire, ce qui a considérablement amélioré le taux de génération d'intrication sur de longues distances .

Dépassement de la limite PLOB

• La limite PLOB (Pirandola–Laurenza–Ottaviani–Banchi) est la limite fondamentale du taux de distribution de l'intrication à travers un canal avec pertes, sans utiliser de répéteurs quantiques .
• L'équipe a démontré que la probabilité d'intrication mesurée entre mémoires dépassait la limite PLOB pour des distances supérieures à ~230–320 km de fibre directe . Cela signifie qu'un réseau quantique assisté par mémoire peut atteindre des taux d'intrication plus élevés que toute liaison directe au-delà de cette distance de croisement, prouvant ainsi l'avantage des mémoires quantiques comme nœuds de répéteur .

Importance pour le futur Internet quantique

• C'est la première démonstration expérimentale qu'un réseau quantique basé sur des mémoires peut battre la limite théorique sans répéteur, validant un principe clé des architectures de répéteurs quantiques .
• Cette avancée comble le fossé entre les réseaux à échelle métropolitaine (dizaines de km) et interurbaine (centaines de km), montrant que des informations quantiques stockées peuvent être intriquées de manière fiable sur des distances reliant des villes .
• Ces travaux posent une base pratique pour la construction de répéteurs quantiques évolutifs basés sur des mémoires, qui pourraient un jour former l'épine dorsale d'un Internet quantique mondial, permettant la distribution de clés quantiques longue distance, le calcul quantique distribué et la communication quantique sécurisée .