L’échange d’intrication hybride: un bond en avant dans les communications quantiques
Au niveau des photons, des électrons et des particules encore plus petites, les descriptions de notre monde physique fournies par la mécanique classique cessent de s’appliquer. La lumière peut se comporter comme une particule. La matière peut se comporter comme une onde. Et les propriétés physiques d’une particule peuvent affecter celles d’une autre, quelle que soit la distance, même kilométrique, qui les sépare. Ce phénomène, qu’Einstein appelait «action fantôme à distance» et mieux connu sous le nom d’intrication quantique, a des implications importantes pour le traitement de l’information quantique et la communication quantique sécurisée. Avec le soutien du programme Marie Skłodowska-Curie, le projet HELIOS s’est attaché à étudier l’intrication de la lumière sous forme de particules et d’ondes, un phénomène récemment mis en évidence et appelé intrication hybride.
Un saut quantique inattendu dans les protocoles de communication
La lumière est parfaite pour la distribution et le traitement de l’information quantique. Elle est compatible avec la plupart des dispositifs de communication quantiques et classiques existants et sa vitesse est inégalée. En outre, sa nature double – sa dualité ondes-particules – permet aussi bien une approche discrète du codage des informations quantiques, similaire à celle d’un signal numérique, qu’une approche à variation continue, similaire à celle d’un signal analogique. Le chercheur Giovanni Guccione a entrepris de démontrer la possibilité d’une approche hybride combinant ces deux éléments dans une version quantique d’un convertisseur numérique-analogique (CNA) exploitant la téléportation quantique de la lumière. «La téléportation quantique d’état transfère efficacement les propriétés quantiques du système du nœud initial au nœud final sans lectures intermédiaires susceptibles de compromettre le traitement quantique de l’information», explique Giovanni Guccione. Elle repose à la fois sur la communication classique et sur l’intrication quantique entre les nœuds d’envoi et de réception. Bien que confronté à plusieurs obstacles techniques importants au cours du projet, Giovanni Guccione est parvenu à développer des solutions simples mais très innovantes. Ce faisant, HELIOS a démontré l’enchevêtrement hybride de la lumière et a fait une autre découverte pionnière. Comme le rappelle Giovanni Guccione: «La version améliorée a également mis en évidence le premier exemple d’échange d’intrication d’un état hybride de la lumière. Cette démonstration a prouvé qu’une particule initialement intriquée avec une autre est susceptible de devenir intriquée avec une entité intrinsèquement différente sans jamais interagir directement avec elle.» Giovanni Guccione résume: «De la génération d’états hybrides intriqués à d’autres protocoles de communication quantique fondamentaux, le point fort du projet est la réalisation d’un échange d’intrication impliquant une intrication hybride. Comme l’information quantique ne peut pas être répliquée ou amplifiée de la même manière que les signaux classiques, l’échange d’intrication permet d’établir des répéteurs quantiques, sorte d’équivalent quantique des répéteurs classiques, sur tout le réseau.» En améliorant l’échange sécurisé d’informations quantiques, voire même en servant de base à un futur Internet quantique, ces découvertes pourraient s’avérer importantes pour les futurs réseaux quantiques hétérogènes.
Se hâter vers l’avenir à la vitesse de la lumière
HELIOS a repoussé les frontières du traitement des communications et de l’informatique quantiques. L’équipe a prouvé que des corrélations quantiques peuvent être établies non seulement entre des modes qui n’ont jamais interagi, mais aussi entre des modes reposant sur des codages autrement incompatibles. Giovanni Guccione conclut: «Bien que cela puisse ne représenter qu’une simple étape par rapport aux progrès futurs, cela illustre la rapidité avec laquelle la mécanique quantique passe de la théorie pure à des applications pratiques dans le monde réel. La communication quantique “ordinaire” pourrait devenir réalité plus tôt que prévu.» L’Internet quantique est peut-être plus proche que nous ne le pensons: fortement lié à l’échange d’intrication hybride récemment démontré, il constitue l’étape suivante.
Mots‑clés
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