L’internet quantique se rapproche grâce aux avancées en mémoire intriquée

Les efforts pour construire un internet quantique mondial ont été renforcés par deux développements récents dans le domaine du stockage d’informations quantiques. Ces avancées pourraient un jour permettre des communications sécurisées sur des centaines ou des milliers de kilomètres. Explorons comment ces découvertes transforment la vision d’un réseau quantique mondial.

La promesse d’un internet quantique sécurisé

Aujourd’hui, l’internet fonctionne en envoyant des chaînes de bits numériques, ou 0 et 1, sous forme de signaux électriques ou optiques pour transmettre des informations. En revanche, un internet quantique utiliserait des bits quantiques, ou qubits. Ces derniers reposent sur une propriété quantique appelée intrication, un phénomène où des particules peuvent être liées de telle sorte que mesurer l’une influence instantanément l’état de l’autre, quelle que soit la distance qui les sépare.

Le rôle crucial des répéteurs quantiques

Pour envoyer ces qubits intriqués sur de longues distances, il faut des répéteurs quantiques. Ces appareils peuvent stocker l’état intriqué dans une mémoire et le reproduire pour le transmettre plus loin sur le réseau. Ces répéteurs doivent être placés à divers points d’un réseau longue distance pour garantir qu’un signal puisse aller de A à B sans être dégradé.

Progrès récents dans la mémoire quantique intriquée

Les répéteurs quantiques n’existent pas encore, mais deux groupes de chercheurs ont récemment démontré des mémoires d’intrication quantique durables sur des réseaux quantiques de plusieurs dizaines de kilomètres, ce qui constitue une étape clé vers la réalisation de ces dispositifs.

L’expérience de Harvard

Can Knaut de l’Université Harvard et son équipe ont mis en place un réseau quantique composé de deux nœuds séparés par une boucle de fibre optique de 35 kilomètres à travers la ville de Boston. Chaque nœud contient un qubit de communication, utilisé pour transmettre des informations, et un qubit de mémoire, capable de stocker l’état quantique pendant une seconde. « Notre expérience nous place vraiment en position de travailler sur une démonstration de répéteur quantique », déclare Knaut.

Pour établir le lien, Knaut et son équipe ont intriqué leur premier nœud, qui contient un type de diamant avec un trou de la taille d’un atome, avec un photon qu’ils ont envoyé à leur second nœud, qui contient un diamant similaire. Lorsque le photon arrive au second diamant, il devient intriqué avec les deux nœuds. Les diamants peuvent stocker cet état pendant une seconde. Un répéteur quantique entièrement fonctionnel utilisant une technologie similaire pourrait être démontré dans les prochaines années, ce qui permettrait de connecter des villes ou des pays par des réseaux quantiques.

L’innovation de l’Université de Science et Technologie de Chine

Dans un travail distinct, Xiao-Hui Bao de l’Université de Science et Technologie de Chine et ses collègues ont intriqué trois nœuds, chacun séparé par environ 10 kilomètres dans la ville de Hefei. Les nœuds de l’équipe de Bao utilisent des nuages super-refroidis de centaines de millions d’atomes de rubidium pour générer des photons intriqués, qu’ils ont ensuite envoyés à travers les trois nœuds. Le nœud central parmi les trois est capable de coordonner ces photons pour lier les nuages atomiques, qui agissent comme une forme de mémoire.

L’avance clé pour le réseau de Bao et son équipe est d’assortir la fréquence des photons rencontrant au nœud central, ce qui sera crucial pour les répéteurs quantiques connectant différents nœuds. Bien que le temps de stockage soit inférieur à celui de l’équipe de Knaut, soit 100 microsecondes, il est néanmoins suffisant pour effectuer des opérations utiles sur les informations transmises.

Des réalisations majeures vers un réseau quantique fonctionnel

Ces démonstrations de mémoire d’intrication quantique représentent une grande avancée par rapport à l’état des technologies de l’internet quantique il y a dix ans, déclare Mohsen Razavi de l’Université de Leeds, au Royaume-Uni. Cependant, un réseau pleinement fonctionnel avec des répéteurs quantiques nécessitera des taux de génération d’intrication plus élevés.

« Cela pointe vers un réseau quantique très évolutif et avec un grand nombre d’utilisateurs », déclare Alex Clark de l’Université de Bristol, au Royaume-Uni. « Les taux d’intrication actuels sont très lents et limités par diverses inefficacités dans les systèmes, donc il y a beaucoup d’ingénierie de réseaux quantiques et classiques à mettre en œuvre pour réduire ces pertes et augmenter ces efficacités. »

Les défis à surmonter

Augmentation des taux d’intrication

Un des défis majeurs pour rendre le réseau quantique opérationnel est d’augmenter les taux d’intrication. Les chercheurs doivent améliorer les technologies pour générer et maintenir des intrications à des taux beaucoup plus élevés que ceux actuellement disponibles.

Réduction des pertes de signal

Les réseaux quantiques nécessitent une ingénierie sophistiquée pour minimiser les pertes de signal. La transmission de qubits intriqués sur de longues distances est susceptible de subir des pertes en raison des imperfections dans les fibres optiques et d’autres composants du réseau.

Intégration des technologies quantiques et classiques

L’intégration des technologies quantiques avec les infrastructures de communication classiques représente un autre défi. Les réseaux actuels sont basés sur des principes classiques, et la transition vers des réseaux quantiques nécessitera des adaptations considérables.

Vers un futur internet quantique

Applications potentielles

Un internet quantique ouvrirait la voie à de nombreuses applications révolutionnaires. Parmi celles-ci, la communication ultra-sécurisée et le calcul quantique distribué sont deux des plus prometteuses. Les entreprises et les gouvernements pourraient bénéficier de niveaux de sécurité sans précédent, tandis que les chercheurs pourraient résoudre des problèmes complexes de manière collaborative en utilisant des ordinateurs quantiques interconnectés.

Collaboration internationale

Le développement d’un internet quantique mondial nécessite une collaboration internationale. Les scientifiques et ingénieurs du monde entier doivent travailler ensemble pour surmonter les obstacles techniques et développer des standards communs.

Implications économiques et sociales

La mise en place d’un internet quantique aura des implications économiques et sociales profondes. Les entreprises devront investir dans de nouvelles technologies et former des experts en technologie quantique. Par ailleurs, la sécurité des données pourrait être transformée, ce qui pourrait influencer divers secteurs, de la finance à la santé.

Conclusion

Les récentes avancées dans la mémoire d’intrication quantique nous rapprochent de la réalisation d’un internet quantique fonctionnel. Bien que des défis demeurent, les progrès réalisés par les équipes de Harvard et de l’Université de Science et Technologie de Chine montrent que nous sommes sur la bonne voie. Le futur de la communication sécurisée et de l’informatique quantique semble prometteur, et avec une collaboration continue, l’ère de l’internet quantique pourrait bientôt devenir une réalité.

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