Pour une communication quantique sûre et efficace
Les fibres optiques sont utilisées pour transmettre des informations à la vitesse de la lumière. Cette technologie a transformé les services quotidiens tels que les communications téléphoniques et l’Internet, les rendant plus rapides et plus fiables que jamais. Ces réseaux posent toutefois des problèmes lorsqu’il s’agit de transférer des données en toute sécurité. L’usurpation d’identité et les cyberattaques à grande échelle sont devenues des préoccupations majeures pour les individus et les sociétés. De plus en plus de recherches ont donc été consacrées à l’étude des moyens de rendre les futurs réseaux de communication non seulement plus efficaces sur le plan énergétique, mais aussi plus sûrs.
Encodage d’informations sur des photons uniques
Le projet Qurope, financé par l’UE, a étudié les solutions possibles à ce défi dans le domaine de la physique quantique. En codant l’information sur un seul photon, il est possible de réaliser une communication totalement sécurisée. Toutefois, il est encore nécessaire de surmonter les pertes lors de la transmission d’informations quantiques. Ces pertes se produisent lorsque les photons sont absorbés par la fibre qu’ils traversent. C’est là qu’interviennent les répéteurs quantiques. «Un répéteur quantique peut être utilisé pour surmonter ces pertes de transmission directes», explique le coordinateur du projet, Klaus Joens, de l’université de Paderborn en Allemagne. «Cela se fait en divisant la distance entre les parties impliquées dans la communication en sections plus courtes.» Le répéteur prend le signal, effectue une certaine mesure quantique - appelée mesure de Bell – et téléporte l’état quantique sur une autre particule de lumière. Si l’on y parvenait, l’Internet quantique serait capable de transmettre des informations de manière fiable - et efficace - sur de très longues distances.
Exploiter le phénomène de l’intrication quantique
Le projet a réuni des experts en sources lumineuses et détecteurs quantiques, en mémoires quantiques et en traitement photonique de l’information quantique. L’un des principaux objectifs de ces travaux était de tirer parti d’un étrange phénomène quantique connu sous le nom d’intrication. Dans l’intrication quantique, deux particules sont fortement connectées et corrélées dans l’espace, quelle que soit la distance qui les sépare. «Dans ce projet, nous avons fait d’énormes progrès dans la construction d’un répéteur quantique utilisant des sources lumineuses à base de points quantiques à l’état solide», ajoute Klaus Joens. Les points quantiques sont des particules semi-conductrices d’une taille de quelques nanomètres. «Ces points quantiques émettent des photons intriqués à la demande. Nous avons ensuite essayé d’interfacer ces photons avec des matériaux capables de stocker de la mémoire quantique.» Il s’agit de la version quantique de la mémoire informatique ordinaire. Alors que les ordinateurs classiques stockent les informations sous forme d’états binaires (c’est-à-dire sous forme de 1 et de 0), la mémoire quantique stocke un état quantique particulier, en vue d’une récupération ultérieure. L’équipe du projet a construit un système prototype pour tester ce concept. Différents systèmes de mémoire ont été combinés avec des points quantiques semi-conducteurs pour produire des répéteurs quantiques basés sur les télécommunications.
L’avenir des communications quantiques sécurisées
Si l’équipe est parvenue à faire progresser la technologie des répéteurs quantiques, des travaux supplémentaires sont encore nécessaires pour obtenir un temps de stockage suffisant. Néanmoins, le projet a montré ce qu’il était possible de faire et a contribué à ouvrir la voie à de futures communications quantiques sécurisées. «Nous voulions montrer que l’utilisation de répéteurs quantiques permet de réduire les pertes par rapport à l’envoi de photons dans une fibre», explique Klaus Joens. «C’est le principal avantage d’un répéteur quantique.» Cette technologie pourrait s’avérer précieuse pour connecter efficacement les appareils quantiques à l’avenir, tout comme la technologie de l’Internet des objets (IdO) connecte les appareils intelligents de notre maison. Les utilisations finales pourraient inclure des applications de détection quantique et d’imagerie. «Une autre possibilité serait d’avoir des radiotélescopes connectés au niveau quantique», note encore Klaus Joens. «Ce serait extrêmement puissant et d’un grand intérêt pour ceux qui veulent étudier l’univers.»
Mots‑clés
Qurope, quantum, communication, photons, cyberattaques, internet, physique
