De plus en plus proche d’un internet quantique : des scientifiques réalisent une téléportation quantique à longue distance
La téléportation quantique, qui consiste à envoyer des qubits de photons par un câble de fibre optique, a été démontrée pour la première fois par des chercheurs américains (Fermilab, AT&T, Caltech, Université de Harvard, Jet Propulsion Laboratory de la Nasa et l’Université de Calgary). Cette prouesse pourrait être utilisée pour développer un service d’internet quantique, qui révolutionnerait le stockage et l’informatique des données. Les scientifiques affirment également qu’elle inaugurera une nouvelle ère de communication.
Image d’entête : des cristaux utilisés pour stocker des photons intriqués, qui se comportent comme s’ils faisaient partie d’un même ensemble. Les scientifiques utilisent des cristaux comme ceux-ci dans des expériences de téléportation quantique. (Félix Bussières/ Université de Genève)
Ces derniers ont envoyé des qubits à travers 44 kilomètres de réseau à fibres optiques avec un degré de fidélité de 90 %. Ce réseau a été construit avec du matériel standard, qui serait compatible avec l’infrastructure Internet existante.
Raju Valivarthi, chercheur de Caltech, calibrant l’un des nœuds de téléportation quantique. (CQNET)
Les qubits fonctionnent en remplaçant les bits traditionnels, les « 1 » et « 0 » utilisés pour coder les informations numériques, par des bits quantiques, ou qubits. Ces derniers peuvent se comporter comme un « 1 » et un « 0 » en même temps en existant dans un état de superposition, ce qui signifie que chaque nouveau qubit ajouté à l’ordinateur augmente sa puissance de façon exponentielle plutôt que linéaire.
La téléportation quantique est donc un transfert d’états quantiques d’un endroit à l’autre. Ce transfert a été réalisé par un intrication quantique, où deux particules sont liées de telle manière que les informations partagées avec l’une sont partagées avec l’autre exactement au même moment. En effet, les particules existent dans des états de probabilités, où leur position exacte, leur moment et leur rotation ne sont pas déterminés avant que la particule ait été mesurée.
Les photons se comportent de cette manière, devenant une onde ou une particule selon la façon dont ils sont mesurés (dualité onde-corpuscule).
Selon Panagiotis Spentzouris, responsable du programme de science quantique au Fermilab (États-Unis) :
Nous voulions repousser les limites de ce type de recherche et franchir des étapes importantes sur la voie de la réalisation d’applications réelles pour les communications et les réseaux quantiques et tester des idées de physique fondamentale.
Samantha Davis, étudiante diplômée du Caltech, analyse les données de fidélité de téléportation quantique du CQNET à l’aide d’un logiciel d’acquisition de données en temps réel. (CQNET)
Les ordinateurs quantiques sont capables d’effectuer des calculs près de 100 billions (millier de milliards) de fois plus vite que le supercalculateur le plus puissant du monde. Des équipes de l’Université des sciences et des technologies de Chine, ainsi que Google, ont réussi à réaliser de tels exploits en utilisant deux méthodes différentes.
Le ministère américain de l’énergie a récemment dévoilé à Chicago un projet d’Internet quantique national, et la démonstration réalisée par les scientifiques pourrait « jeter les bases de la construction d’un réseau quantique métropolitain dans la région de Chicago”.
Toujours selon le professeur Spiropulu :
Nous sommes très fiers d’avoir franchi cette étape importante dans le domaine des systèmes de téléportation quantique durables, performants et évolutifs. Les résultats seront encore améliorés grâce à la mise à niveau des systèmes que nous espérons achever d’ici le deuxième trimestre 2021.
La recherche a été publiée dans PRX Quantum par des chercheurs du Fermilab, AT&T, Caltech, l’Université de Harvard, le Jet Propulsion Laboratory de la Nasa et l’Université de Calgary : Teleportation Systems Toward a Quantum Internet et disponible en libre accès (PDF) sur le site de Caltech.
La recherche présentée sur le site du Fermilab : Fermilab and partners achieve sustained, high-fidelity quantum teleportation et sur le site de Caltech : Quantum Internet Tested at Caltech and Fermilab.