Calgary (Alberta), juillet 2017<\/p>\n
Cet atelier de deux jours a r\u00e9uni des boursiers de l\u2019ICRA du programme Informatique quantique et des chefs de file du milieu universitaire, de l\u2019industrie et du gouvernement pour discuter, \u00e0 travers la lorgnette de la recherche et du d\u00e9veloppement, des progr\u00e8s \u00e0 ce jour, des obstacles principaux et des possibilit\u00e9s futures relativement au d\u00e9veloppement de r\u00e9p\u00e9teurs quantiques et de leur int\u00e9gration \u00e0 des r\u00e9seaux quantiques \u00e0 grande \u00e9chelle. Les pr\u00e9sentations, avec conf\u00e9renciers invit\u00e9s, ont mis l\u2019accent sur les perc\u00e9es scientifiques les plus r\u00e9centes et sur des probl\u00e8mes ouverts. Parmi les sujets abord\u00e9s, notons\u00a0: applications, protocoles, composants, interfaces et strat\u00e9gie de cr\u00e9ation de partenariats avec l\u2019industrie et d\u2019autres parties prenantes.<\/p>\n
\u00c0 la base d\u2019une discussion sur les r\u00e9seaux quantiques se trouve la perspective que gr\u00e2ce \u00e0 des efforts consid\u00e9rables de chercheurs universitaires et de joueurs de l\u2019industrie (par exemple, Google, IBM, Microsoft, D-wave), les ordinateurs quantiques (OQ) deviendront r\u00e9alit\u00e9 dans un proche avenir. Cela scinde les applications des r\u00e9seaux quantiques en trois cat\u00e9gories\u00a0: la premi\u00e8re cherche \u00e0 surmonter les probl\u00e8mes de s\u00e9curit\u00e9 cr\u00e9\u00e9s par les OQ (par exemple, distribution quantique de cl\u00e9s [DQC], partage de secret, etc.), la deuxi\u00e8me cherche \u00e0 exploiter les capacit\u00e9s exceptionnelles des OQ (comme l\u2019infonuagique quantique, le calcul quantique aveugle, etc.) et la troisi\u00e8me se penche sur l\u2019am\u00e9lioration des mesures gr\u00e2ce \u00e0 la m\u00e9canique quantique. Dans ces divers contextes, il est important de noter les facteurs suivants\u00a0: a) les m\u00e9thodes fond\u00e9es sur les math\u00e9matiques, qui prot\u00e9geraient la vie priv\u00e9e contre les OQ, suscitent plus de soutien actuellement que la cryptographie quantique et b) la possibilit\u00e9 de lier des unit\u00e9s modulaires de calcul quantique fait d\u00e9j\u00e0 l\u2019objet de recherches dans la communaut\u00e9 des OQ, par exemple, pour surmonter les contraintes physiques dans les r\u00e9frig\u00e9rateurs \u00e0 dilution.<\/p>\n
Selon la distance et l\u2019environnement, les liaisons quantiques qui forment un r\u00e9seau quantique se composent probablement de diff\u00e9rents types de canaux, comme des liaisons satellitaires en espace libre et des liens terrestres, ainsi que des liens par fibre optique. Ces derni\u00e8res ann\u00e9es, la capacit\u00e9 des liaisons satellitaires et terrestres a augment\u00e9 rapidement et des chercheurs canadiens sont au premier plan de ces avanc\u00e9es. Pour de longues distances, il faut des r\u00e9p\u00e9teurs quantiques avec des liaisons par fibre optique, possiblement avec des protocoles diff\u00e9rents. Par exemple, des protocoles bas\u00e9s sur des variables discr\u00e8tes ou continues o\u00f9 chacun comporte des avantages et des d\u00e9fis.<\/p>\n
Les composants individuels d\u2019un r\u00e9seau se trouvent \u00e0 des niveaux diff\u00e9rents de maturit\u00e9 et de qualit\u00e9. Les sources \u00e0 photon unique bas\u00e9es sur une conversion param\u00e9trique descendante spontan\u00e9e d\u2019un m\u00e9lange \u00e0 quatre ondes sont extr\u00eamement fiables, mais souffrent d\u2019un compromis entre le d\u00e9bit et la puret\u00e9. Les sources \u00e0 \u00e9metteur unique, comme les points quantiques et les centres color\u00e9s du diamant, ont \u00e9volu\u00e9 rapidement ces derni\u00e8res ann\u00e9es, mais il demeure des probl\u00e8mes techniques \u00e0 surmonter, comme l\u2019accroissement de l\u2019efficacit\u00e9 de couplage, de la stabilit\u00e9 spectrale et du rendement. Les sources \u00e0 \u00e9metteur unique haute efficacit\u00e9 qui fonctionnent dans le spectre des t\u00e9l\u00e9communications, quoique hautement souhaitables, restent \u00e0 d\u00e9montrer. Comme les points quantiques ont atteint un certain niveau de maturit\u00e9, le d\u00e9veloppement de d\u00e9monstrateurs pr\u00eat-\u00e0-brancher favoriserait consid\u00e9rablement l\u2019acc\u00e9l\u00e9ration de la mise en \u0153uvre de ces sources dans des bancs d\u2019essai de r\u00e9seaux quantiques.<\/p>\n
La disponibilit\u00e9 de d\u00e9tecteurs supraconducteurs rapides et efficaces \u2013 m\u00eame sur le march\u00e9 commercial \u2013 a \u00e9limin\u00e9 les limitations relatives \u00e0 la longueur d\u2019onde des photod\u00e9tecteurs \u00e0 avalanche utilis\u00e9s pr\u00e9c\u00e9demment, facilitant ainsi l\u2019utilisation de photons dans le spectre des t\u00e9l\u00e9communications. L\u2019autre d\u00e9fi \u00e0 relever est l\u2019incorporation de la d\u00e9tection de degr\u00e9s de libert\u00e9 multiplexeurs, par exemple, des d\u00e9tecteurs \u00e0 r\u00e9solution spectrale. Le d\u00e9veloppement d\u2019une m\u00e9moire quantique ad\u00e9quate \u2013 bas\u00e9e \u00e0 la fois sur des \u00e9metteurs uniques (comme des centres NV) et des ensembles (cristaux dop\u00e9s avec des ions de terres rares) \u2014 constitue encore un d\u00e9fi, car aucune m\u00e9moire fonctionnelle actuelle ne r\u00e9pond \u00e0 toutes les valeurs de r\u00e9f\u00e9rence souhaitables pour un r\u00e9p\u00e9teur ou un r\u00e9seau quantique. Les transducteurs quantiques qui \u00e9tablissent un lien entre des \u00e9tats quantiques \u00e0 encodage optique et des qubits micro-ondes utilisables dans des OQ supraconducteurs constituent le composant le moins mature. Plusieurs approches sont utilis\u00e9es actuellement et celles qui se fondent sur les oscillateurs nanom\u00e9caniques m\u00e8nent le bal. Toutefois, aucun syst\u00e8me n\u2019a encore d\u00e9montr\u00e9 la transduction au niveau quantique. Il est probable que les transducteurs constitueront le composant le plus limitatif sur le plan de la largeur de bande dans un r\u00e9seau. Nous notons que les plateformes d\u2019OQ qui se basent entre autres sur des ions pi\u00e9g\u00e9s et des points quantiques poss\u00e8dent des transitions optiques et \u00e9liminent en cons\u00e9quence le besoin d\u2019un transducteur.<\/p>\n
Un des probl\u00e8mes organisationnels est qu\u2019il y a trop peu d\u2019incitatifs pour s\u2019attaquer \u00e0 des probl\u00e8mes techniques, optimiser les composants pour satisfaire toutes les exigences (ne pas exceller seulement dans une exigence), et d\u00e9velopper et analyser des syst\u00e8mes complets (et int\u00e9gr\u00e9s). Pour \u00e9liminer cet obstacle, il serait utile de favoriser une plus grande collaboration et la cr\u00e9ation de bancs d\u2019essai o\u00f9 des chercheurs de comp\u00e9tences diff\u00e9rentes peuvent se r\u00e9unir. De plus, les bancs d\u2019essai sont une bonne fa\u00e7on de mettre en vedette la recherche aupr\u00e8s de l\u2019industrie, des d\u00e9cideurs et du public. Il est important de sensibiliser les gens \u00e0 la perspective de la cr\u00e9ation d\u2019emploi et de nouvelles entreprises. Un bon exemple est la nouvelle initiative phare sur les technologies quantiques en Europe (European Quantum Technology Flagship Initiative). L\u2019initiative Quantique Canada, de concert avec les forums connexes, explore actuellement une approche similaire au Canada.<\/p>\n
L\u2019industrie peut \u00eatre une source d\u2019investissements et de march\u00e9s pour les technologies mises au point par les chercheurs et servir de levier pour l\u2019\u00e9tablissement de liens entre les chercheurs et les d\u00e9cideurs gouvernementaux. Mais pour que le secteur priv\u00e9 participe au d\u00e9veloppement des r\u00e9seaux quantiques, la communaut\u00e9 universitaire de la recherche et l\u2019industrie doivent apprendre \u00e0 travailler ensemble et favoriser une compr\u00e9hension mutuelle des objectifs et des probl\u00e8mes des uns et des autres. Des entit\u00e9s comme le Consortium photonique de l\u2019industrie canadienne pourraient jouer un r\u00f4le important, de concert avec des organisations interm\u00e9diaires et des bureaux de liaison universit\u00e9-industrie. Il se peut qu\u2019il manque \u00e0 l\u2019\u00e9cosyst\u00e8me de financement du Canada un \u00e9l\u00e9ment pour permettre l\u2019innovation strat\u00e9gique et d\u2019avant-garde (similaire \u00e0 DARPA aux \u00c9.-U.) ou une entit\u00e9 qui incubera et financera de jeunes entreprises dans l\u2019espace de la technologie quantique. De plus, le gouvernement a un r\u00f4le important \u00e0 jouer comme premier adoptant de nouvelles technologies quantiques, par exemple des liens de communications \u00e0 protection quantique. Cela offrirait un incitatif au d\u00e9veloppement d\u2019un \u00e9cosyst\u00e8me industriel.<\/p>\n
Pour faire d\u2019un r\u00e9seau quantique une proposition v\u00e9ritablement convaincante aupr\u00e8s des d\u00e9cideurs et du public, nous devons formuler une vision grandiose simple et claire comme celle qui a men\u00e9 \u00e0 la conqu\u00eate de la Lune. Cette vision peut pr\u00e9senter un seul objectif clair et captivant, comme La t\u00e9l\u00e9portation d\u2019un oc\u00e9an \u00e0 l\u2019autre, fond\u00e9e sur des technologies qui rec\u00e8lent une valeur commerciale et strat\u00e9gique pouvant susciter l\u2019int\u00e9r\u00eat de l\u2019industrie et du gouvernement. Comme la protection de la vie priv\u00e9e en ligne rev\u00eat de plus en plus d\u2019importance pour le public, nous pourrions aussi utiliser un terme comme la transformation de la cybers\u00e9curit\u00e9. Il importe d\u2019avoir un message qui projette les possibilit\u00e9s envisag\u00e9es et qui ne se fonde pas sur des termes techniques. Nous devons souligner l\u2019importance d\u2019investir sans tarder et aborder la question de la gestion du risque dans un monde futur o\u00f9 les ordinateurs quantiques seront largement accessibles.<\/p>\n