Deux cryostats à dilution, chacun de la taille d'un tonneau, se font face aux deux extrémités du laboratoire. À l'intérieur, des circuits supraconducteurs refroidis à 50 millikelvins, soit cent fois plus froid que l'espace interstellaire. Entre eux s'étire une fibre optique ordinaire, un kilomètre de fil de verre parcouru par la lumière. Pour la première fois, une impulsion micro-onde cohérente a traversé ce pont sans perdre son essence quantique.

Les ordinateurs quantiques supraconducteurs ressemblent à des villes sur un archipel. Chaque île est un cryostat séparé, et il n'y a pas de routes entre elles. Les convertisseurs électro-optiques en nitrure d'aluminium jouent le rôle de ferries : ils transforment un signal micro-onde à 9,960 GHz en photon d'une longueur d'onde de 1550 nanomètres, l'envoient à travers la fibre, puis le retransforment en micro-ondes de l'autre côté, cette fois à 4,606 GHz. Les fréquences sont ajustées par une tension continue allant jusqu'à 160 volts, et l'accord de la paire repose sur l'effet Vernier, c'est-à-dire la coïncidence des dents de deux peignes légèrement différents.

L'efficacité de conversion sur la puce a dépassé 0,1 % avec une puissance optique d'environ 4 milliwatts. L'efficacité totale de la ligne micro-onde-optique-micro-onde a atteint −60 dB sur la puce, soit 80 dB de mieux qu'une paire de modulateurs commerciaux. La cohérence a été confirmée par la mesure de la phase de la matrice de diffusion et par interférence avec un oscillateur local. Des données ont même été transmises sur le canal en format QPSK, une modulation de phase en quadrature à quatre états, avec une puissance micro-onde inférieure à −30 dBm.

Avant ces travaux, la transmission cohérente entre cryostats séparés était considérée comme techniquement impossible, car il est très difficile d'accorder les fréquences d'une paire de convertisseurs. Désormais, les îles de froid peuvent être reliées par des ponts. La prochaine étape consiste à générer de l'intrication entre des photons micro-ondes dans deux cryostats à l'aide de schémas avec annonce de succès. Cela permettrait de franchir le seuil d'efficacité de 50 % pour la communication quantique. En parallèle, on peut améliorer l'efficacité des convertisseurs en réduisant le volume des modes et en augmentant le facteur de qualité des résonateurs. L'augmentation de l'espace entre les électrodes et l'anneau optique réduirait le bruit ajouté sans perte d'efficacité.

Le pont photonique d'un kilomètre est un bloc de construction prêt à l'emploi pour des processeurs supraconducteurs distribués. L'archipel a désormais des routes.