Les scientifiques ont fait un grand pas vers la création d'un Internet quantique. Cette technologie permettrait de "transporter" des informations en un instant et contribuerait à la révolution promise de l'informatique quantique et à un changement radical dans le fonctionnement des réseaux. Des chercheurs ont réussi à téléporter des informations quantiques à travers un réseau rudimentaire. Cette première du genre constitue une étape importante vers un futur Internet quantique. Cette percée a été rendue possible par une mémoire quantique grandement améliorée et une qualité accrue des liens quantiques entre les trois nœuds du réseau. Les chercheurs, qui travaillent à QuTech, une collaboration entre l'Université de technologie de Delft et l'Organisation néerlandaise pour la recherche scientifique appliquée, ont publié il y a peu leurs résultats dans la revue scientifique Nature.La puissance d'un futur Internet quantique repose sur la capacité d'envoyer des informations quantiques entre les nœuds du réseau. Cela permettra toutes sortes d'applications, telles que le partage sécurisé d'informations confidentielles, la mise en relation de plusieurs ordinateurs quantiques pour augmenter leur capacité de calcul et l'utilisation de capteurs quantiques reliés entre eux et très précis.
Envoi d'informations quantiques
Les nœuds d'un tel réseau quantique sont constitués de petits processeurs quantiques. L'envoi d'informations quantiques entre ces processeurs n'est pas une mince affaire. Une possibilité consiste à envoyer des bits quantiques à l'aide de particules de lumière, mais, en raison des pertes inévitables dans les câbles en fibre de verre, en particulier sur de longues distances, les particules de lumière risquent fort de ne pas atteindre leur destination. Comme il est fondamentalement impossible de copier simplement des bits quantiques, la perte d'une particule de lumière signifie que l'information quantique est irrémédiablement perdue.
La téléportation offre un meilleur moyen d'envoyer des informations quantiques. Le protocole de téléportation quantique doit son nom aux similitudes avec la téléportation dans les films de science-fiction : le bit quantique disparaît du côté de l'émetteur et apparaît du côté du récepteur. Comme le bit quantique n'a donc pas besoin de traverser l'espace intermédiaire, il n'y a aucune chance qu'il soit perdu. Cela fait de la téléportation quantique une technique cruciale pour un futur Internet quantique.
Un bon contrôle du système
Pour pouvoir téléporter des bits quantiques, plusieurs ingrédients sont nécessaires : un lien quantique intriqué entre l'émetteur et le récepteur, une méthode fiable de lecture des processeurs quantiques et la capacité de stocker temporairement des bits quantiques. Des recherches antérieures menées à QuTech ont démontré qu'il est possible de téléporter des bits quantiques entre deux nœuds adjacents. Les chercheurs de QuTech ont maintenant montré pour la première fois qu'ils peuvent répondre à l'ensemble des exigences et ont démontré la téléportation entre des nœuds non adjacents, en d'autres termes sur un réseau. Ils ont téléporté des bits quantiques du nœud "Charlie" au nœud "Alice", avec l'aide d'un nœud intermédiaire "Bob".
La téléportation en trois étapes
La téléportation se déroule en trois étapes. Tout d'abord, le "téléporteur" doit être préparé, ce qui signifie qu'un état intriqué doit être créé entre Alice et Charlie. Alice et Charlie n'ont pas de lien physique direct, mais ils sont tous deux directement connectés à Bob. Pour cela, Alice et Bob créent un état intriqué entre leurs processeurs. Bob stocke ensuite sa partie de l'état intriqué. Ensuite, Bob crée un état intriqué avec Charlie. Un "tour de passe-passe" de mécanique quantique est alors effectué : en effectuant une mesure spéciale dans son processeur, Bob transmet en quelque sorte l'intrication. Résultat : Alice et Charlie sont maintenant intriqués, et le téléporteur est prêt à être utilisé !
La deuxième étape consiste à créer le "message" - le bit quantique - à téléporter. Il peut s'agir, par exemple, de '1' ou de '0' ou de diverses autres valeurs quantiques intermédiaires. Charlie prépare cette information quantique. Pour montrer que la téléportation fonctionne de manière générique, les chercheurs ont répété l'ensemble de l'expérience pour différentes valeurs de bits quantiques.
La troisième étape est la téléportation effective de Charlie à Alice. À cette fin, Charlie effectue une mesure conjointe avec le message sur son processeur quantique et sur sa moitié de l'état intriqué (Alice possède l'autre moitié). Ce qui se passe alors est quelque chose qui n'est possible que dans le monde quantique : à la suite de cette mesure, l'information disparaît du côté de Charlie et apparaît immédiatement du côté d'Alice.
On pourrait penser que tout est alors terminé, mais rien n'est moins vrai. En fait, le bit quantique a été chiffré lors du transfert ; la clef est déterminée par le résultat de la mesure de Charlie. Charlie envoie donc le résultat de la mesure à Alice, après quoi Alice effectue l'opération quantique appropriée pour décrypter le bit quantique. Par exemple via un "bit flip" : 0 devient 1 et 1 devient 0. Une fois qu'Alice a effectué l'opération correcte, l'information quantique peut être utilisée. La téléportation a réussi !
La téléportation à plusieurs reprises
Les recherches ultérieures porteront sur l'inversion des étapes 1 et 2 du protocole de téléportation. Cela signifie qu'il faut d'abord créer (ou recevoir) le bit quantique à téléporter et seulement ensuite préparer le téléporteur à effectuer la téléportation. L'inversion de l'ordre est particulièrement difficile, car l'information quantique à téléporter doit être stockée pendant que l'intrication est créée. Toutefois, elle présente un avantage considérable, car la téléportation peut alors être effectuée entièrement "à la demande". Cela est pertinent, par exemple, si l'information quantique contient le résultat d'un calcul difficile ou si la téléportation doit être effectuée plusieurs fois. À long terme, ce type de téléportation servira donc d'épine dorsale à l'Internet quantique.
Les scientifiques espèrent maintenant qu'il s'agit d'une première étape vers la construction d'un réseau quantique plus vaste fondé sur le partage d'informations quantiques. Cet avenir est encore "assez lointain", affirment les chercheurs. Mais l’expérience offre une "voie potentielle vers l'avant" pour construire des applications réelles de la technologie. « Cette réussite n'est pas seulement une victoire pour la science fondamentale, elle représente également une avancée dans la résolution des problèmes du monde réel nécessaires pour faire passer cette fascinante application quantique à l'étape suivante », écrivent les scientifiques Oliver Slattery et Yong-Su Kim dans un article d'accompagnement.
La construction effective de tels systèmes nécessitera des systèmes plus robustes, ainsi que de nouvelles interfaces qui devraient améliorer l'efficacité du système. Selon les auteurs, cela sera crucial pour appliquer les percées réalisées dans le cadre de ces travaux à des systèmes quantiques plus complexes. Ce succès est rapporté dans une nouvelle étude intitulée "Qubit teleportation between non-neighbouring nodes in a quantum network" (Téléportation de qubits entre des nœuds non voisins dans un réseau quantique), publiée dans Nature.
Source : Nature
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Envoyé par Andy Oka
