Une technique de téléportation prometteuse et sans erreur pour un futur Internet quantique
Des scientifiques néerlandais ont fait un grand pas vers les réseaux d’ordinateurs quantiques en téléportant des informations quantiques entre deux nœuds qui n’avaient pas de lien direct entre eux.
Les chercheurs de la collaboration QuTech (Université de technologie de Delft/ Pays-Bas) face à leur dispositif expérimental. (Marieke de Lorijn/ QuTech)
Cette percée laisse présager un système de communication plus rapide et plus sûr.
Comme leur nom l’indique, les ordinateurs quantiques exploitent plusieurs principes de la mécanique quantique, les lois qui régissent l’infiniment petit, pour effectuer des calculs qui sont hors de portée des ordinateurs classiques. Et tout comme notre internet actuel, ces ordinateurs quantiques devront être reliés pour atteindre leur plein potentiel. Cependant, échanger des informations entre eux est délicat, car la nature quantique de ces données les rend sensibles aux pertes ou aux interférences de l’environnement.
En revanche, ces informations peuvent être essentiellement « téléportées » entre les nœuds, grâce à un phénomène connu sous le nom d’intrication quantique. Deux particules peuvent être tellement imbriquées l’une dans l’autre qu’il devient impossible de décrire l’une sans l’autre, et toute modification apportée à l’une d’elles affectera instantanément l’autre, quelle que soit la distance qui les sépare. Il s’agit d’un concept qui a troublé Einstein lui-même, mais qui a été confirmé à plusieurs reprises par l’expérimentation.
Dans le contexte d’un réseau d’ordinateurs quantiques, les bits quantiques (ou qubits) d’information peuvent être téléportés vers un nœud en apportant des modifications à son partenaire intriqué, généralement en effectuant ce que l’on appelle une mesure d’état de Bell (BSM pour Bell state measurement). Ce phénomène a déjà été démontré entre deux nœuds adjacents, mais pour la nouvelle étude, les chercheurs de la collaboration QuTech (Université de technologie de Delft/ Pays-Bas) ont réussi à téléporter des informations entre deux nœuds non adjacents.
Le qubit « Alice » se trouve à l’intérieur du cylindre noir, protégé des interférences extérieures. (Marieke de Lorijn/ QuTech)
Pour ce faire, il est nécessaire d’utiliser un troisième nœud faisant office de médiateur. Par souci de simplicité, l’équipe a nommé les trois nœuds Alice, Bob et Charlie, chacun contenant un qubit à base de diamant. Pour créer le réseau, l’équipe crée d’abord des états intriqués entre Alice et Bob, et entre Bob et Charlie. Ensuite, en effectuant un BSM dans le nœud de Bob, les états d’Alice et de Charlie deviennent également intriqués, même s’ils ne sont pas adjacents dans le réseau.
Pour téléporter des informations à Alice, Charlie commence par créer un “message” en écrivant des données sur un qubit dans la mémoire de son nœud. Il peut s’agir d’un 1, d’un 0 ou d’un état intermédiaire étrange. Ensuite, il effectue un BSM sur ce qubit de mémoire et le qubit qui est enchevêtré avec celui d’Alice. Et juste comme ça, le qubit d’Alice change instantanément pour refléter le message de Charlie.
Cependant, si Alice veut lire le message, elle doit d’abord le décrypter, et Charlie a la clé. Le résultat de la mesure d’état de Bell qu’il a effectuée sur son qubit explique quelle opération Alice doit effectuer sur le sien pour déchiffrer l’information téléportée.
Représentation artistique du processus de téléportation quantique se produisant entre deux nœuds non adjacents, tels que les défauts des diamants. (Scixel pour QuTech)
Les chercheurs de QuTech ont réussi cet exploit de manière cohérente au cours de nombreuses expériences, avec une fidélité d’environ 71 %. Ce résultat a été obtenu grâce à plusieurs percées réalisées par l’équipe pour protéger les informations quantiques du réseau. Par exemple, l’intrication entre Alice et Bob devait être stockée dans un qubit de mémoire quantique pendant que Bob établissait un lien avec Charlie. D’autres techniques d’optimisation ont permis de réduire le “bruit” dans le système.
En réalisant ce type de téléportation quantique non directe, les chercheurs affirment avoir créé un élément fondamental d’un réseau quantique pratique. Mais bien sûr, il reste encore beaucoup de chemin à parcourir. L’une des prochaines étapes consistera à augmenter le nombre de qubits de mémoire dans le système afin d’accroître les types d’opérations qu’il peut exécuter.
L’équipe prévoit également d’étudier comment téléporter des informations déjà stockées dans la mémoire quantique, plutôt que de devoir créer ce message après l’établissement de la liaison. Cela permettra d’effectuer la téléportation quantique sur demande, ce qui est crucial si cette technologie doit devenir une réalité utile.
L’étude publiée dans Nature : Qubit teleportation between non-neighbouring nodes in a quantum network et présentée sur le site du QuTech : Dutch researchers teleport quantum information across rudimentary quantum network.
Lire aussi : Une téléportation quantique à longue distance réalisée pour la première fois
Source : GuruMeditation
