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Pourquoi l’Internet quantique nous transporte


“Les premiers utilisateurs de ce système d’information inviolable devraient être les services bancaires et de santé ou les communications aériennes”


Une équipe de chercheurs nord-américains a réussi à téléporter des qubits sur une distance de 44 kilomètres avec un degré de fidélité de 90%. Un exploit spectaculaire qui ouvre la voie à un réseau d’information quantique instantané et inviolable.

Téléportation ne rime plus seulement avec la science-fiction. Elle s’invite aujourd’hui dans une forme de réalité, celle des grandeurs atomiques et des bits quantiques, les qubits. Alors que l’information numérique repose sur des bits – des suites de 0 et de 1 –, les qubits correspondent à des superpositions de 0 et de 1, démultipliant le champ des possibles et la puissance de calcul.

Le rapport avec la téléportation ? Ces qubits ont été téléportés par une équipe américano-canadienne sur une distance de 44 kilomètres avec un degré de fidélité de 90%. Mais attention, contrairement à ce que le terme de téléportation peut laisser croire, il n’y a pas ici de transfert de matière ou d’énergie. C’est là qu’on quitte la science-fiction.

Dans le cas de la téléportation quantique, ce ne sont pas les particules elles-mêmes qui sont transportées mais leur état. Selon le principe d’intrication quantique, décrit en 1935 par Einstein et deux autres physiciens, Podolsky et Rosen (on leur doit aussi le paradoxe EPR), deux particules forment un système lié de telle manière que les modifications des caractéristiques de l’une entraînent simultanément des changements sur l’autre.

Des équipes de recherche avaient déjà tenté de reproduire expérimentalement cette téléportation. En janvier 2003, la revue Nature annonçait que l’équipe du professeur Nicolas Gisin, de la section de physique de l’Université de Genève (UNIGE) venait de réaliser la première téléportation à longue distance de l’Histoire, soit le transport de l’état d’un photon sur un autre photon éloigné de 2 km. Les mêmes récidivaient trois ans plus tard selon un communiqué de presse de l’UNIGE.

Sécurité maximale

Aujourd’hui, en Amérique du nord, l’expérimentation conduite par les chercheurs du Fermilab, d’AT&T, de Caltech, de l’université de Harvard, du Jet Propulsion Laboratory de la Nasa et de l’université de Calgary pose donc un nouveau record de distance. En choisissant d’utiliser un réseau de fibre optique classique, ils font en outre la démonstration de la possibilité de recourir à des infrastructures existantes.

Cet exploit, qui donne lieu à publication dans la revue PRX Quantum, ouvre un peu plus grand la porte à un “internet quantique” comme le dénomme un rapport du Département américain de l’énergie publié en février 2020. En assurant un débit et une sécurisation des échanges inégalés, les avantages potentiels de cet internet quantique sont nombreux. Il serait notamment physiquement impossible d’intercepter une information sans l’altérer et être détecté.

Par exemple, dans le cas des réseaux sans fil, ceux-ci utilisent le protocole Wifi Protected Access (WPA) pour sécuriser les données entre une borne Wifi et un terminal. Une clé permet de déchiffrer la communication codée. Si elle est interceptée par un pirate, ce dernier peut lire tous les échanges.

Les photons liés par une intrication quantique étant, eux, inséparables, il est impossible pour une tierce personne d’en observer un sans altérer l’autre. Toute tentative d’espionnage sera immédiatement décelée par l’émetteur.

“Si quelqu’un essaye de lire l’information qui est contenue dans les photons, vous allez vous en rendre compte, complète le Dr Christoph Simon, professeur de physique à l’Université de Calgary sur Radio Canada. L’observation change le système, donc on ne peut pas vraiment observer un système quantique sans le changer.”

De tels systèmes de communication sécurisés quantiques existent déjà mais restent cantonnés à la recherche fondamentale. Pour le scientifique canadien, ils deviendront accessibles avec le temps sous forme de petites puces photoniques que nos ordinateurs embarqueront.

Pour le Département américain de l’énergie, les premiers utilisateurs de ce système d’information inviolable devraient être les services bancaires et de santé, les communications aériennes et de sécurité nationale : “À terme, l’utilisation de la technologie de réseautage quantique dans les téléphones mobiles pourrait avoir de vastes répercussions sur la vie des individus du monde entier.”

Pas de perte de valeur

L’internet quantique a également vocation à constituer le prolongement du calculateur quantique, aux performances démultipliées par rapport aux ordinateurs conventionnels. La Chine a ainsi récemment affirmé avoir atteint la suprématie quantique avec un calculateur quantique qui serait 100 billions de fois plus rapide que le supercalculateur le plus avancé.

Ce réseau du futur reliant entre eux des calculateurs quantiques pourrait autoriser l’échange de très grandes quantités de données, selon un article publié par l’Université de Calgary.

De ce point de vue, l’expérimentation menée par l’équipe américano-canadienne et sa fiabilité de 90% marque une “étape significative dans la création d’un internet quantique fonctionnel”, comme le notent les auteurs de l’étude publiée dans PRX Quantum.

“Nous sommes très fiers d’avoir franchi cette étape importante dans le domaine des systèmes de téléportation quantique durables, performants et évolutifs, estime ainsi Maria Spiropulu, professeure de physique à . La mise à niveau des systèmes, que nous espérons achever d’ici le deuxième trimestre 2021, permettra d’améliorer encore les résultats.”

Cette fiabilité est, de fait, un élément clé. Avec la fibre optique classique, les photons, particules élémentaires de lumière transmettent les informations mais perdent de leur force avec la distance. La téléportation quantique permettrait la transmission d’informations à distance sans perte de valeur.

Bataille sino-américaine

Quoi qu’il en soit, cette expérimentation prometteuse devrait éclairer le projet d’un internet quantique national aux États-Unis comme l’a dévoilé dans un communiqué de presse, en juillet 2020, le Département américain de l’énergie. Il est d’ores et déjà prévu la création d’un réseau internet quantique reliant plusieurs instituts de recherche de Chicago.

La Chine s’est aussi lancée dans la bataille. En 2017, des chercheurs de l’Empire du milieu faisaient savoir, dans une publication de la revue Science, qu’ils avaient réussi la transmission quantique de données depuis l’espace et vers plusieurs stations au Tibet, distantes de quelque 1 200 kilomètres.

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