Technologies quantiques intelligentes et auto-évolutives pour une communication sécurisée
Des chercheurs de la Louisiana State University ont introduit une technologie quantique intelligente pour la correction du mode spatial des photons uniques. Dans un article présenté en couverture du numéro de mars 2021 de Technologies quantiques avancées, les auteurs exploitent les caractéristiques d’auto-apprentissage et d’auto-évolution des réseaux de neurones artificiels pour corriger le profil spatial déformé de photons uniques.
Les auteurs, le candidat au doctorat Narayan Bhusal, le chercheur postdoctoral Chenglong You, l’étudiant diplômé Mingyuan Hong, l’étudiant de premier cycle Joshua Fabre et le professeur adjoint Omar S. Magaña-Loaiza de LSU – ainsi que les collaborateurs Sanjaya Lohani, Erin M. Knutson et Ryan T. Glasser de l’Université de Tulane et Pengcheng Zhao de l’Université des sciences et technologies de Qingdao – rapportent le potentiel de l’intelligence artificielle pour corriger les modes spatiaux au niveau d’un photon unique.
«La distorsion de phase aléatoire est l’un des plus grands défis dans l’utilisation des modes spatiaux de lumière dans une grande variété de technologies quantiques, telles que la communication quantique, la cryptographie quantique et la détection quantique», a déclaré Bhusal. «Dans cet article, nous utilisons des neurones artificiels pour corriger les modes spatiaux déformés de la lumière au niveau d’un seul photon. Notre méthode est remarquablement efficace et rapide par rapport aux techniques conventionnelles. Il s’agit d’un développement passionnant pour l’avenir des technologies quantiques en espace libre. »
La technique nouvellement développée augmente la capacité de canal des protocoles de communication optique qui reposent sur des photons structurés.
«Un objectif important du groupe de photonique quantique de LSU est de développer des technologies quantiques robustes qui fonctionnent dans des conditions réalistes», a déclaré Magaña ‐ Loaiza. «Cette technologie quantique intelligente démontre la possibilité de coder plusieurs bits d’information dans un seul photon dans des protocoles de communication réalistes affectés par la turbulence atmosphérique. Notre technique a d’énormes implications pour la communication optique et la cryptographie quantique. Nous explorons actuellement des voies pour mettre en œuvre notre programme d’apprentissage automatique dans le cadre de la Louisiana Optical Network Initiative (LONI) pour le rendre intelligent, sécurisé et quantique. »
Le bureau de recherche de l’armée américaine soutient la recherche de Magaña-Loaiza sur un projet intitulé «Quantum Sensing, Imaging, and Metrology using Multipartite Orbital Angular Momentum».
«Nous n’en sommes encore qu’aux premiers stades de la compréhension du potentiel des techniques d’apprentissage automatique à jouer un rôle dans la science de l’information quantique», a déclaré le Dr Sara Gamble, responsable de programme au Army Research Office, un élément de DEVCOM ARL. «Le résultat de l’équipe est un pas en avant passionnant dans le développement de cette compréhension, et il a le potentiel d’améliorer à terme les capacités de détection et de communication de l’Armée sur le champ de bataille.
Référence: «Correction du mode spatial de photons uniques à l’aide de l’apprentissage automatique» par Narayan Bhusal, Sanjaya Lohani, Chenglong You, Mingyuan Hong, Joshua Fabre, Pengcheng Zhao, Erin M. Knutson, Ryan T. Glasser et Omar S. Magaña-Loaiza, 22 Janvier 2021, Technologies quantiques avancées.
DOI: 10.1002 / qute.202000103
La Louisiana Quantum Initiative est un effort à l’échelle de l’État visant à faire progresser la recherche et la technologie des systèmes quantiques dans le contexte de la deuxième révolution quantique et à développer la stratégie et l’infrastructure technologique des réseaux et dispositifs quantiques. La vaste constellation de scientifiques de Louisiane qui font partie de l’initiative comprend des chercheurs de tout l’État, d’institutions publiques et privées. L’initiative est un écosystème de recherche qui repose sur des associations et des efforts émergents et dynamiques entre les institutions ainsi que les membres individuels.
Le groupe de photonique quantique du département de physique et d’astronomie du LSU étudie les nouvelles propriétés de la lumière et leur potentiel pour le développement de technologies quantiques. L’équipe mène également des recherches expérimentales dans les domaines de la plasmonique quantique, de l’imagerie quantique, de la métrologie quantique, de la simulation quantique, de la communication quantique et de la cryptographie quantique.