Une nouvelle étape vers l’Internet quantique, le réseau où il sera impossible aux pirates de voler nos données

Mais ces inconvénients pourraient appartenir au passé avec l’Internet quantique, qui offrira une vitesse sans précédent et une sécurité à l’épreuve du piratage. Pour l’instant, de petites mesures ont été prises et cela commence à être mis en œuvre dans certains systèmes pour les rendre plus sécurisés, notamment dans les communications financières. Cependant, faire rayonner les réseaux constitue un défi pour les scientifiques.

Aujourd’hui, une équipe dirigée par Mikhail Lukin, professeur au département de physique Joshua et Beth Friedman de l’université, en collaboration avec les professeurs de Harvard Marko Lončar et Hongkun Park – tous membres de la Harvard Quantum Initiative – vient de réaliser une étape importante qui nous rapproche de cet objectif : ils ont pu envoyer un message via un Internet quantique à 35 kilomètres de distance, traversant les villes de Cambridge, Somerville, Watertown et Boston. Les résultats, qui battent le record dans un réseau quantique de câbles déroulés en milieu urbain (auparavant seulement jusqu’à 22 kilomètres étaient atteints), viennent d’être publiés dans la revue ‘Nature‘.

L’importance des qubits

La technologie quantique est basée sur les principes de base qui régissent la physique quantique, le monde au niveau atomique dans lequel des choses aussi étranges que deux particules se trouvant à deux endroits en même temps ou qu’une paire de ces atomes soient connectées même des milliers de fois se produisent. kilomètres de séparation. Pour ces mêmes raisons, en informatique quantique, contrairement à l’informatique classique, où les bits sont 1 ou 0, les qubits (bits quantiques) peuvent être 1 et 0 à la fois. En effet, en plus de pouvoir se trouver simultanément à deux endroits différents, ils peuvent également se déplacer dans deux directions opposées en même temps, ce que l’on appelle dans le domaine de la physique quantique la « superposition ».

Tout cela entraîne une croissance exponentielle de la vitesse de transmission des informations. De plus, en raison des caractéristiques intrinsèques des qubits, il est impossible de pirater les informations sans que l’expéditeur ne s’en aperçoive. Cela est dû à leur capacité à être « intriqués », une caractéristique quantique qui signifie que si un qubit change d’état, celui de son partenaire change également. Et, tout comme quand on dérange le chat de Schrödinger, ce félin qui est à la fois vivant et mort dans une boîte et dont le destin finit par choisir une option ou une autre quand on regarde à l’intérieur, quand on « dérange » les qubits (et ceux-ci sont extrêmement sensibles) , ceux-ci changent irrémédiablement, donc l’autre qubit intriqué (celui de l’émetteur) sait qu’il y a eu une tentative d’interférence.

Le problème est que ces types de réseaux sont extrêmement sensibles (il est très facile de « déranger le chat »), donc les « apprivoiser » reste une question en suspens. Mais de petits pas sont faits, comme dans cette étude, qui montre que les auteurs ont réussi à étendre la distance de 22 à 35 kilomètres dans un réseau quantique de câbles déroulés en milieu urbain.

Dans ce cas, nous sommes confrontés à un système de deux nœuds capables de stocker, traiter et déplacer des informations quantiques. En fait, chacun d’eux est un très petit ordinateur quantique, fabriqué à partir d’un éclat de diamant présentant un défaut dans sa structure atomique appelé « centre de lacunes d’azote ». À l’intérieur du diamant, des structures taillées faisant moins d’un centième de la largeur d’un cheveu humain améliorent l’interaction entre le centre vacant d’azote et la lumière.

L’utilisation de centres de vacance d’azote comme dispositifs de mémoire quantique pour des photons uniques est un programme de Harvard qui fait l’objet de recherches depuis des années. Cette technologie résout un problème majeur de l’Internet quantique théorique : la perte de signal qui ne peut pas être augmentée par les méthodes traditionnelles. Un réseau quantique ne peut pas utiliser de répéteurs de signaux à fibre optique standard car il est impossible de copier des informations quantiques arbitraires, ce qui rend les informations sécurisées mais également très difficiles à transporter sur de longues distances.

Les nœuds de réseau basés sur un centre de vacance d’azote peuvent capturer, stocker et enchevêtrer des qubits tout en corrigeant la perte de signal. Après avoir refroidi les nœuds jusqu’à un niveau proche du zéro absolu, la lumière est envoyée à travers le premier nœud et, de par la nature de la structure atomique du centre de silicium vacant, s’y mêle.

“Puisque la lumière est déjà intriquée avec le premier nœud, elle peut transférer cet intrication au deuxième nœud”, a expliqué le premier auteur Can Knaut, étudiant à la Kenneth C. Griffin Graduate School of Arts and Sciences du laboratoire de Lukin. “Nous appelons cela l’intrication médiée par les photons.”

“Une étape très préliminaire”

«Tout d’abord, une intrication quantique est générée entre le qubit du premier petit ordinateur et le photon émetteur. Lorsqu’il atteint sa destination dans le deuxième ordinateur, une intrication quantique est générée entre le photon et le nouveau qubit. Le résultat est que les trois parties sont désormais intriquées et qu’une mesure sur le photon laissera les deux qubits dans un état intriqué. En théorie, tous ces intrications générées sont parfaites et conduisent à une situation finale dans laquelle les deux petits ordinateurs quantiques ont une intrication maximale”, explique Carlos Sabín, chercheur Ramón y Cajal au Département de physique théorique de l’Université autonome de Madrid, pour le SMC.

«En réalité, les états quantiques sont très fragiles et se dégradent avec le temps, la moindre température (dans cette expérience, les qubits sont très proches du zéro absolu, à -273 ºC) ou le passage de la fibre, entre autres facteurs. . Le résultat est que les états finaux ne ressemblent qu’à 70 % de l’état d’intrication maximale prédit par la théorie », estime SMC Sabín.

Selon lui, il s’agit d’un “petit pas très préliminaire” vers d’éventuels réseaux de communications quantiques, qui sont promis comme une toute nouvelle révolution mais qui, du moins pour l’instant, sont encore en gestation.