La physique quantique décrit le comportement de la matière et de la lumière à l'échelle microscopique. Dans ce domaine, deux particules peuvent être liées d'une manière très particulière : elles deviennent interdépendantes. On ne peut alors plus décrire l'état de l'une indépendamment de celui de l'autre. Ce phénomène appelé "intrication quantique" est très prometteur pour l'informatique quantique car elle permet de faire travailler ensemble plusieurs unités d'information, appelées "qubits". Mais il existe un obstacle majeur : ce lien est extrêmement fragile. La moindre perturbation extérieure, comme les variations de champs magnétiques, peut le dégrader. Les scientifiques cherchent donc à conserver cette connexion suffisamment longtemps pour pouvoir l'exploiter.
C'est justement ce qu'ont réussi à faire des chercheurs de l'Université d'Oxford, dont les travaux ont été publiés dans la revue Physical Review Letters. Ils ont utilisé deux dispositifs distincts, reliés par de la fibre optique. Dans chacun d'eux, ils ont placé deux ions, c'est-à-dire des atomes possédant une charge électrique : un ion de strontium et un ion de calcium. Chaque élément joue un rôle précis. Le strontium sert à établir la connexion quantique : les ions émettent chacun une particule de lumière, appelée photon, que les chercheurs utilisent pour créer le lien entre les deux dispositifs. Le calcium, lui, sert de mémoire quantique : il permet de conserver ce lien plus longtemps car il est moins sensible à certaines perturbations extérieures.
Grâce à cette méthode, les scientifiques ont réussi à maintenir l'intrication pendant une dizaine de secondes. Une durée qui peut sembler dérisoire, mais qui représente une avancée importante : les états quantiques utilisés pour établir la connexion ne résistent habituellement que quelques millisecondes dans ce dispositif. "Différents types d'atomes présentent différents avantages et inconvénients pour les applications quantiques. Disposer de plusieurs types d'atomes dans un ordinateur quantique permet de tirer le meilleur parti de chacun. Nous démontrons pour la première fois qu'il est possible de contrôler l'intrication entre différents types d'atomes, même lorsqu'ils sont séparés au sein d'un réseau", a résumé Dougal Main, auteur principal de l'étude dans un communiqué.
À terme, cette technique pourrait permettre de relier plusieurs petits ordinateurs quantiques afin qu'ils travaillent ensemble comme une machine plus puissante. Elle pourrait aussi contribuer au développement d'un futur "Internet quantique", capable de relier des appareils éloignés pour de nouvelles formes de communication sécurisée. Les chercheurs évoquent également des applications pour des instruments scientifiques, notamment la comparaison d'horloges atomiques extrêmement précises.
L'expérience reste toutefois une démonstration en laboratoire, réalisée avec seulement quelques ions. Les chercheurs n'ont donc pas encore créé un véritable réseau d'ordinateurs quantiques. Ils ont tout de même franchi une étape importante en montrant qu'il est possible de créer une connexion quantique à distance et de la préserver pendant plusieurs secondes grâce à une mémoire adaptée.