la première téléportation quantique d’informations

C’est la première téléportation quantique d’informations ! Concrètement, les chercheurs ont démontré que des informations quantiques peuvent être transférées sans parcours physique entre des nœuds d’un réseau. Les résultats de leur téléportation quantique viennent d’être publiés dans Nature.

Le qubit, l’unité élémentaire de la téléportation quantique

En 2021 déjà, les scientifiques de l’Institut QuTech de l’université de Delft avaient réussi à créer le premier réseau quantique à trois nœuds. La téléportation quantique entre les nœuds de ce réseau est donc la suite de ces travaux. Ces découvertes ouvrent la voie à la mise au point d’un grand nombre d’applications. Notamment dans le partage sécurisé d’informations ou la mise en place d’un futur internet quantique.

La téléportation quantique s’appuie sur le qubit, l’unité fondamentale du partage de l’information quantique. Le qubit est à l’informatique quantique ce que le bit est à l’informatique classique.

Dans un ordinateur classique, l’information est stockée sous la forme de bits dans la mémoire de l’ordinateur et sur les supports physiques comme les disques durs, les clés USB ou encore les cartes mémoires. Le bit est la plus petite unité d’information qui ne peut prendre que deux valeurs : 1 ou 0. C’est ce système binaire qui est utilisé par les ordinateurs classiques. Grâce au bit, l’ordinateur va pouvoir transmettre des images, du son, des vidéos et n’importe quel type de fichier.

En informatique quantique, le qubit est un système qui peut se trouver sous deux états quantiques. Mais à la différence du bit qui ne peut être que 1 ou 0, le qubit peut se trouver dans un ensemble continu de superpositions de ses deux états de base.

Les qubits exploitent les lois et les propriétés de la physique quantique. L’une de ces propriétés est l’intrication quantique. Au sein de celle-ci, deux particules se comportent un peu comme si elles étaient reliées par un fil invisible. La modification des propriétés d’une particule modifie instantanément celles de l’autre.

Trois processeurs quantiques : Alice, Bob et Charlie

Actuellement, les qubits peuvent se transmettre grâce aux fibres optiques, mais des pertes de photons surviennent sur de longues distances. Le signal transmis est altéré d’autant plus que lorsqu’un photon est perdu, l’information quantique qu’il transporte l’est aussi.

Pour remédier à ce problème de perte de qualité de l’information, la téléportation quantique constitue une solution intéressante. Elle peut permettre le transfert d’information quantique entre des nœuds, une sorte de microprocesseurs quantiques, physiquement séparés. C’est l’exploit que vient de réussir l’équipe de physiciens de l’université de Delft au sein d’un réseau à trois nœuds.

Les deux premiers protagonistes sont Alice et Bob, les deux principaux nœuds du réseau. L’un est l’émetteur, et l’autre, le récepteur. Comme dans toute bonne téléportation, le qubit disparait du côté de l’émetteur pour apparaitre instantanément du côté du récepteur. Les chercheurs viennent d’introduire un troisième protagoniste, Charlie, qui sert de relais afin d’allonger la portée du signal.

Pour réaliser la manipulation, les scientifiques ont utilisé des qubits à base de diamant qu’ils ont placé au sein d’un circuit comprenant des nœuds quantiques. Chaque nœud (Alice, Bob et Charlie) dispose d’un qubit de communication et Bob en possède un supplémentaire qui lui sert de mémoire.

Alice, Bob et Charlie sont placés dans trois laboratoires distants séparés de plusieurs mètres. Alice est physiquement reliée à Bob par fibre optique tout comme Bob et Charlie, puis des liens d’intrication quantiques sont établis. Grâce à un procédé d’échange d’intrication, les chercheurs ont réussi à transférer un message de Charlie vers Alice alors qu’ils ne sont pas reliés physiquement.

Une téléportation quantique d’excellente qualité sans déperdition

Le signal transmit par téléportation entre les deux nœuds quantiques Charlie et Alice est d’excellente qualité et ne présente aucune déperdition soulignant ainsi la stabilité extrême d’un qubit quantique.

Pour réussir cette téléportation quantique, les scientifiques ont apporté de nombreuses améliorations au réseau quantique à trois nœuds qu’ils avaient créés en 2021. Ils ont commencé par améliorer le système de détection qui auparavant avait tendance à donner de faux signaux, car les photodétecteurs utilisés étaient identiques à ceux utilisés pour détecter l’intrication.

Les autres améliorations ont concerné la procédure de lecture des qubits. Et aussi la mise en place d’une protection des qubits mémoires lors de l’étape de l’enchevêtrement quantique.

Les physiciens prévoient maintenant de placer plus de qubits mémoires dans le système afin de pouvoir prévoir des opérations plus complexes.

Les prochaines recherches viseront à inverser le processus de téléportation, c’est-à-dire de commencer par créer le qubit à téléporter avant de préparer le système et d’effectuer la téléportation. Cela signifie qu’ils devront trouver un moyen de stocker l’information quantique durant l’étape de l’intrication, ce qui est particulièrement complexe.

Cette téléportation quantique ouvre la voie à des connexions du même genre sur des échelles de distances bien plus grandes. Il serait possible, par exemple, de placer deux nœuds quantiques à une distance de 100 km l’un de l’autre. Et donc d’augmenter le signal avec un nœud relais.



Source : Hermans, S.L.N., Pompili, M., Beukers, H.K.C. et al., « Qubit teleportation between non-neighbouring nodes in a quantum network », Nature 605, 663 –668 (2022),

Source : https://www.science-et-vie.com/sciences-fondamentales/physique-quantique/voici-premiere-teleportation-quantique-dinformations-87122.html

Envoyé par Flaneur le 23 février 2023 à 20h24