Téléportation quantique – fait ou fiction ?

Utilisation de la fibre optique pour la téléportation quantique

La communication numérique mondiale repose sur le transfert rapide et efficace de données à la vitesse de la lumière à travers un réseau complexe de fibres optiques. Cela convient à l’informatique classique, qui utilise des chaînes binaires de 0 et 1.

Cependant, à mesure que l’informatique quantique se rapproche d’un outil couramment utilisé pour le chiffrement, la recherche scientifique et d’autres applications, la question de la façon de transférer des données quantiques d’un ordinateur quantique à un autre se pose.

Pendant longtemps, on a cru que cela était presque impossible. Chaque ordinateur quantique était destiné à fonctionner isolément, ce qui limitait son potentiel.

Cela devient rapidement un problème important à résoudre pour l’industrie technologique, surtout que de nouvelles conceptions évolutives de puces quantiques viennent d’être dévoilées.

Ainsi, il s’agit d’une étape importante que les chercheurs de l’Université Northwestern, de Ciena Corporation et de NuCrypt LCC ont découverte: l’état quantique peut être préservé et transféré dans la fibre optique parallèlement à un flux de données « normal ».

Ils ont publié leurs résultats dans Optica, intitulé “Téléportation quantique coexistante avec les communications classiques dans la fibre optique¹”.

Téléportation quantique

Bien que cela ressemble à un concept fantaisiste tiré d’un film de science-fiction, la téléportation quantique est en réalité un phénomène réel étudié depuis des décennies.

Cela se produit lorsque deux particules différentes sont « appariées/louées » ensemble, ce qu’on appelle l’intrication quantique.

Dans ce cas, lorsque deux particules sont liées, quelle que soit la distance qui les sépare, elles échangent des informations sur de grandes distances — sans les transporter physiquement. Dans certains cas, il pourrait même être possible que cet échange d’informations se produise plus rapidement que la vitesse de la lumière, ce qui est théoriquement impossible.

Comment cela fonctionne et ce que cela implique pour l’aspect fondamental de notre réalité fait encore l’objet de vifs débats parmi les physiciens quantiques. Cependant, nous savons qu’il s’agit d’un effet quantique très réel et mesurable, qui pourrait permettre des communications parfaitement sécurisées et instantanées.

Communications radicalement différentes

Une aiguille dans une botte de foin en mouvement

Jusqu’à présent, on supposait qu’aucun état quantique ne pouvait être transféré via la fibre optique, car tout photon intriqué individuel serait absorbé parmi les milliards d’autres photons qui voyagent avec lui et perdrait son état quantique unique.

“En effectuant une mesure destructive sur deux photons — l’un portant un état quantique et l’autre intriqué avec un autre photon — l’état quantique est transféré sur le photon restant, qui peut être très éloigné.

Le photon lui‑-même n’a pas besoin d’être envoyé sur de longues distances, mais son état finit par être encodé sur le photon distant. La téléportation permet l’échange d’informations sur de grandes distances sans que l’information elle‑même ne parcoure cette distance.

”

Jordan Thomas – Ph.D. at Northwestern University.

L’idée clé était de vérifier s’il n’existait pas une condition spécifique dans la fibre optique qui ne perturberait pas l’intrication quantique.

Après avoir mené des études approfondies sur la façon dont la lumière se diffuse à l’intérieur des câbles à fibre optique, les chercheurs ont trouvé une longueur d’onde moins encombrée pour placer leurs photons, les canaux quantiques de 1290 nm. Ils ont ensuite ajouté des filtres spéciaux afin de réduire le bruit provenant du trafic Internet ordinaire.

Bien sûr, bien que cela semble simple, la configuration expérimentale réelle était loin d’être simple, le papier scientifique publié nous offrant un aperçu de la complexité réelle de l’ensemble de l’expérience:

Source: Optica

Nouvelles télécommunications

Comme la fibre optique transfère les photons du point A au point B, il était déjà connu qu’ils pouvaient y transporter un état quantique. Mais c’est la première fois que l’on démontre que cela peut se produire simultanément avec le transfert d’autres données non quantiques.

Cela signifie qu’un processus de transfert d’information très différent est en cours, reposant sur un photon unique à la fois au lieu des millions de photons habituels.

“Dans les communications optiques, tous les signaux sont convertis en lumière. Alors que les signaux conventionnels pour les communications classiques comprennent généralement des millions de particules de lumière, l’information quantique utilise des photons uniques.”

Pr Prem Kumar – Director of the Center for Photonic Communication and Computing at Northwestern University

Du prototype initial à des ambitions plus grandes

Plus de fibre optique

Le premier test a été réalisé sur une fibre optique de 30 km (18,6 miles) de long, avec du trafic Internet à haute vitesse le traversant.

L’étape suivante pour les chercheurs sera d’expérimenter sur des distances beaucoup plus longues, afin de voir jusqu’où ils peuvent pousser cette nouvelle méthode de communication à distance.

Cela a jusqu’à présent été réalisé avec de la fibre optique uniquement en laboratoire. Un autre ensemble de tests expérimentera des câbles optiques souterrains réels et évaluera leur performance avec le réseau mondial existant de fibres optiques Internet.

Extension des applications quantiques

Une autre partie de l’enquête en cours consistera à utiliser deux paires de photons intriqués, plutôt qu’une seule paire. Cela permettrait d’examiner ce qui se passe concernant un autre phénomène quantique appelé échange d’intrication.

L’échange d’intrication est un protocole permettant de transférer l’intrication quantique d’une paire de particules à une autre, même si la deuxième paire de particules n’a jamais interagi.

Il s’agit d’un outil supplémentaire important pour les futures télécommunications quantiques potentielles, car il conduirait à des applications quantiques distribuées telles que les réseaux quantiques. Ces réseaux pourraient permettre le transfert sécurisé d’informations quantiques sur de longues distances.

“La téléportation quantique a la capacité de fournir une connectivité quantique sécurisée entre des nœuds géographiquement éloignés. Mais beaucoup de gens ont longtemps supposé que personne ne construirait d’infrastructure spécialisée pour envoyer des particules de lumière.

Si nous choisissons correctement les longueurs d’onde, nous n’aurons pas besoin de construire de nouvelles infrastructures. Les communications classiques et les communications quantiques peuvent coexister.

”

Pr Prem Kumar – Director of Center for Photonic Communication and Computing at Northwestern University

Ce serait une avancée majeure dans le chiffrement basé sur le quantique, car en utilisant les intrications échangées entre les paires de particules, il est possible de générer des clés de chiffrement sécurisées qui devraient être protégées contre l’espionnage.

Un autre effet serait de permettre le transfert ultra‑longue distance d’états quantiques, grâce à une méthode appelée répéteurs quantiques. En effectuant régulièrement des échanges d’intrication, il serait possible de « rafraîchir » l’état quantique et d’éviter toute perte de données sur de longues distances.

Investir dans l’informatique quantique

L’informatique quantique est encore un domaine émergent, mais les investisseurs peuvent déjà y accéder via les entreprises qui la développent.

Vous pouvez investir dans des entreprises liées au quantique via de nombreux courtiers, et vous pouvez trouver ici, sur securities.io, nos recommandations pour les meilleurs courtiers aux États‑Unis, Canada, Australie, Royaume‑Uni, ainsi que dans de nombreux autres pays.

Si vous n’êtes pas intéressé par le choix d’entreprises spécifiques d’informatique quantique, vous pouvez également vous intéresser aux ETF d’informatique quantique tels que Defiance Quantum ETF (QTUM), qui offriront une exposition plus diversifiée pour capitaliser sur l’industrie de l’informatique quantique.

Vous pouvez en savoir plus sur l’informatique quantique dans « The Current State of Quantum Computing » et découvrir les plus grandes entreprises du secteur dans « 5 Best Quantum Computing Companies » & « Top 10 Non-Silicon Computing Companies ».

Entreprise d’informatique quantique

1. Alphabet Inc.

Google est très actif dans l’informatique quantique, principalement via son laboratoire Google Quantum AI et le campus Quantum AI à Santa Barbara.

L’ordinateur quantique de Google a marqué l’histoire en 2019 lorsqu’il a affirmé avoir atteint la « suprématie quantique » avec sa machine Sycamore. La machine a effectué un calcul en 200 secondes qui aurait pris 10 000 ans à un superordinateur conventionnel.

Cela est maintenant éclipsé par les performances de sa toute nouvelle puce, appelée Willow. Il s’agit de la toute première puce d’informatique quantique dont le taux d’erreur est suffisamment bas pour que, plus vous ajoutez de qubits, moins vous avez d’erreurs. Cela en fait la toute première conception de puce quantique évolutive.

Mais peut-être que la plus grande contribution de Google sera dans le logiciel, une activité où elle possède un impressionnant parcours, en fait meilleur que dans le matériel (recherche, G Suite, Android, etc.).

Déjà, le Quantum AI de Google propose une suite de logiciels conçus pour aider les scientifiques à développer des algorithmes quantiques.

Il encourage également ouvertement les « les chercheurs, ingénieurs et développeurs à nous rejoindre dans cette aventure en consultant notre logiciel open source et ressources éducatives, y compris notre nouveau cours sur Coursera, où les développeurs peuvent apprendre les bases de la correction d’erreurs quantiques et nous aider à créer des algorithmes capables de résoudre les problèmes du futur.”

Grâce à cette approche ouverte, Google est désormais leader tant dans le matériel que dans ses solutions cloud. Google pourrait être l’une des entreprises qui définissent les normes des logiciels d’informatique quantique et de la programmation quantique, lui conférant une position privilégiée pour orienter l’évolution future du domaine.

Parallèlement, les solutions d’IA, y compris la voiture autonome de Waymo, pourraient devenir le nouveau moteur de revenus pour Alphabet, qui conserve une position massivement dominante dans les secteurs de la recherche et de la publicité.

Vous pouvez en savoir plus sur les activités de Google non liées au quantique, notamment la publicité et l’IA, dans notre rapport dédié de décembre 2024.

2. Ciena Corporation

Un partenaire est le projet de recherche qui a démontré la téléportation quantique dans la fibre optique, Ciena, Corporation est un leader mondial des systèmes optiques et de routage, des services et des logiciels d’automatisation.

Ciena est de loin la plus grande entreprise hors Chine sur le marché optique, contrôlant plus de 25 % du marché. Elle est présente dans 70 pays.

Source: Ciena Corporation

L’entreprise constate que la demande de bande passante explose au cours des 4 prochaines années, tirée par la demande des applications d’IA.

Source: Ciena Corporation

Cela a incité l’entreprise à exploiter sa position forte dans les réseaux optiques pour s’étendre à de nouveaux marchés pertinents pour le boom de l’IA, notamment en raison de nombreuses applications d’IA nécessitant de nouveaux centres de données localisés, en raison des lois sur la confidentialité et le flux transfrontalier des données, ainsi que l’émergence de centres de données désagrégés, nécessitant davantage de capacité de réseau optique.

Source: Ciena Corporation

Si les réseaux existants de fibres optiques s’avèrent utilisables pour la transmission de données quantiques, cela pourrait constituer un nouveau secteur en plein essor pour l’industrie des réseaux optiques. Cela rendrait l’avenir du secteur encore plus prometteur, car l’informatique quantique pourrait lui donner un coup de pouce massif après la demande déjà explosive des applications d’IA.

Référence de l’étude:

^{1. Thomas, J. M., Yeh, F. I., Chen, J. H., Mambretti, J. J., Kohlert, S. J., Kanter, G. S., & Kumar, P. (2024). Téléportation quantique coexistante avec les communications classiques dans la fibre optique. Optica, 11(12), 1700–1707. https://doi.org/10.1364/OPTICA.11.001700}