Vers les réseaux quantiques

Une équipe chinoise vient de faire dans Nature Photonics l’annonce d’une téléportation quantique réussie sur plus de 16 km et dans le vide. Plus de 89% des états quantiques fondamentaux des particules ont été corrélés. Le canal utilisé par les chercheurs est un laser bleu, diffracté par un cristal BBO, émettant 32.600 paires de photons intriqués et polarisés par seconde. La preuve de concept de la téléportation quantique avait été apportée en 1997 et 1998 par des groupes de chercheurs travaillant à Innsbruck et à Rome. Mais jusqu’à présent, on n’était parvenu qu’à communiquer par photons interposés sur un réseau de fibre optique de quelques centaines de mètres. Le tour de force de Xian-Min Jin et de ses collègues ouvre la voie d’une communication quantique à l’échelle globale et satellitaire, puisque l’épaisseur de l’atmosphère varie de 5 à 10 km.

La téléportation quantique ne concerne pas les objets ou les personnes, comme dans la science-fiction, mais les particules élémentaires : photons, ions et autres constituants du rayonnement et de la matière. Elle tire partie d’une propriété de l’échelle quantique : après émission, deux particules intriquées conservent la « mémoire » de leurs caractéristiques communes et la modification de l’une entraîne automatiquement la modification de l’autre (non pas à la vitesse de la lumière, mais instantanément). Elles forment en réalité un seul système quantique. Or, ces particules possèdent des traits (comme le moment angulaire de leur spin) qui permettent de procéder à des calculs, car ils correspondent aux 0 et 1 des portes logiques « classiques ». En fait, ces qubits (bits quantiques) devraient à terme d’accélérer considérablement les temps de calcul, notamment procéder en parallèle plutôt qu’en série. Par ailleurs, la cryptographie quantique est potentiellement inviolable : toute interception d’un message par un tiers non autorisé entraîne sa modification, en vertu du principe de décohérence (quand un observateur interagit avec un système quantique, ici pour intercepter un message en qubits, il le modifie définitivement).

Comme j’aurais l’occasion de le préciser dans un prochain article sur les travaux de Zurek, un nombre croissant de chercheurs considèrent qu’au niveau quantique, l’univers peut être décrit comme un processeur permanent d’information : ce que nous en percevons (au niveau classique familier, celui des objets macroscopiques et de la physique newtonienne) serait simplement le résultat le plus robuste de cette communication quantique permanente et sous-jacente. Autant dire que « l’ère de l’information » ne fait que commencer et que nos réalisations actuelles, pourtant déjà surprenantes en l’espace de trois générations, ont de bonnes chances de paraître à nos descendants aussi rudimentaires que la machine à calculer de Blaise Pascal. Nos réseaux électroniques dépendent déjà de la physique quantique dans leur conception, mais ils restent prisonniers des contraintes classiques pour le calcul et la transmission.

Référence : Jin XM et al. (2010), Experimental free-space quantum teleportation, Nature Photonics, online pub, doi:10.1038/nphoton.2010.87