Une équipe de scientifiques en Chine a lié des mémoires quantiques sur plus de 50 kilomètres de câble à fibre optique, battant le record précédent de plus de 40 fois. Cet exploit est une étape importante vers un Internet protégé contre le piratage, ont déclaré des scientifiques.
Internet que nous utilisons aujourd'hui était vraiment une invention révolutionnaire. Il a connecté le monde avec des informations et nous a permis de partager des millions de photos de chats mignons et câlins. Mais Internet regorge également de pirates qui tentent d'intercepter des informations importantes ou sensibles. Pour riposter, les physiciens ont trouvé une solution, avec l'aide du chat de Schrödinger, le célèbre et hypothétique félin mort-vivant destiné à révéler la nature étrange des particules subatomiques.
Cette solution proposée est un nouvel Internet régi par le monde bizarre de la mécanique quantique. Un tel Internet pourrait un jour devenir la norme pour envoyer, recevoir et stocker des données en toute sécurité.
Dans le monde de l'informatique classique, les informations sont représentées par des bits avec des valeurs de 0 ou 1. Un Internet quantique, comme un ordinateur quantique, tirerait parti d'une des propriétés fondamentales de la mécanique quantique, le principe de superposition. Ce principe est décrit de façon célèbre en utilisant le paradoxe du physicien Erwin Schrödinger selon lequel un chat dans une boîte est à la fois mort et vivant à la fois. Les ordinateurs quantiques utilisent des bits quantiques, ou «qubits», qui peuvent exister dans un état de superposition dans lequel ils ont une valeur de 1 et de 0 simultanément. Un qubit existe dans cet état d'incertitude jusqu'à ce qu'il soit mesuré par un observateur, ce qui l'effondre dans un état défini de 0 ou 1.
Si vous associez deux qubits ou plus ensemble, ils s'emmêlent. L'intrication quantique est la connexion éthérée entre deux ou plusieurs particules de sorte que toute action effectuée sur l'une affecte instantanément les autres, quelle que soit leur distance. Albert Einstein a appelé ce phénomène "une action effrayante à distance". La véritable magie d'un Internet quantique commencerait lorsque des informations seraient envoyées à l'aide de particules enchevêtrées, également appelées téléportation quantique.
"La téléportation quantique est un moyen de transférer un état quantique inconnu d'une particule à une autre à un endroit éloigné, sans envoyer la particule d'origine elle-même", Jian-Wei Pan, professeur de physique à l'Université des sciences et technologies de Chine à Hefei et co-auteur de l'étude, a déclaré dans une interview à la National Science Review.
Parce que les qubits intriqués ne sont pas physiquement liés entre eux sous quelque forme que ce soit, l'interception des communications entre eux est impossible.
Pan et son équipe ont déjà démontré l'enchevêtrement de particules lumineuses, ou photons, sur de longues distances à travers l'espace vide. En 2017, son équipe a emmêlé deux photons séparés par 746 miles (1200 km) à l'aide d'un relais satellite en orbite autour de la Terre nommé Micius.
Dans la pratique, l'intrication est une affaire délicate. Les moindres perturbations, comme un changement de température ou de vibration, peuvent rompre le lien entre les particules enchevêtrées et faire s'effondrer leur état partagé. Pour réaliser un véritable Internet quantique, les physiciens devront recourir à l'aide de soi-disant mémoires quantiques.
"La mémoire quantique est un appareil qui stocke des informations quantiques. Elle doit stocker la superposition de deux états", a déclaré Xiao-Hui Bao, professeur de physique à l'Université des sciences et technologies de Chine à Hefei et co-auteur de l'étude. Science en direct.
Souvenirs quantiques
Dans l'étude, publiée le 12 février dans la revue Nature, Pan et ses collègues ont réussi à emmêler les mémoires quantiques sur 50 km de câble à fibre optique. Le précédent record de séparation entre les souvenirs était de 1,3 km.
Dans l'expérience de la nouvelle étude, la mémoire quantique est un ensemble d'atomes de rubidium refroidis par laser piégés dans le vide, a déclaré Bao. L'équipe a utilisé des photons pour lire et écrire dans le nuage de 100 millions d'atomes piégés. Les photons ont été utilisés à la fois pour exciter les atomes dans un état d'énergie supérieur, définissant les qubits que les chercheurs souhaitaient enchevêtrer et pour produire un photon enchevêtré à envoyer sur le câble optique. Les chercheurs ont ensuite dû modifier la fréquence du photon afin qu'il ne se perde pas dans les 50 km de câbles à fibres optiques enroulés dans leur laboratoire. Enfin, le photon pourrait être envoyé lors de son voyage à travers le câble pour emmêler avec succès la seconde mémoire quantique.
Bien que l'intrication quantique entre les mémoires ait été réalisée, l'équipe n'a pas encore effectué de téléportation quantique d'informations entre les deux nœuds. Les chercheurs ont déclaré qu'ils espéraient que ces travaux ouvriraient la voie à la création d'un réseau de stations de relais quantiques qui étendraient les communications intriquées à de plus longues distances, menant éventuellement à un réseau quantique à grande échelle.
