Dans le domaine de l’informatique quantique, lorsqu’il est question de téléportation, il ne faut pas s’imaginer un déplacement de matière comme on peut le voir dans certaines sagas de SF comme Star Trek ou Stargate. Ce que l’on transfère, c’est l’état quantique d’une particule, c’est-à-dire l’information la plus fondamentale dont elle dispose pour qu’un photon (particule élémentaire qui est l’unité de base de la lumière) distant reconstitue exactement la même configuration.
C’est justement ce transfert d’état entre deux particules que des physiciens de l’Université de Stuttgart viennent de réussir pour la première fois au monde, en faisant passer une configuration quantique complète d’un photon à un autre même s’ils provenaient de deux sources lumineuses différentes. Une opération très délicate, qui a fait l’objet d’une étude publiée le 17 novembre dans la revue Nature Communications.
Les quantum dots : la clé de la téléportation quantique
Les quantum dots sont de minuscules structures semi-conductrices capables de produire des photons dont les propriétés (leur fréquence et leur phase) sont presque parfaitement contrôlées. Ils émettent des photons qui se ressemblent tellement que du point de vue quantique, on les considère comme indiscernables.
Cette propriété est essentielle dans l’internet quantique, car dans un réseau de télécommunication classique, il est possible d’amplifier un signal lumineux affaibli pour le transporter plus loin. Impossible en revanche d’amplifier un état quantique sans le détruire.
Pour transmettre de l’information quantique sur de longues distances, il faut donc procéder autrement : créer, à intervalles réguliers, de nouveaux photons strictement comparables à ceux de départ, afin que l’état quantique puisse être transféré de l’un à l’autre sans se perdre. Là est le rôle des quantum dots : on peut les voir comme des imprimantes ultraprécises, produisant des feuillets parfaitement identiques pour que le message puisse être recopié sans faute à chaque étape.
C’est exactement ce que les chercheurs de Stuttgart ont voulu vérifier : ils ont pris deux quantum dots totalement séparés, chacun produisant sa propre lumière, et ont travaillé pour qu’ils puissent émettre des photons si semblables qu’un instrument ne peut plus les distinguer. Une fois cette condition réunie, ils ont préparé un photon dans un état quantique bien précis sur le premier quantum dot, puis ont utilisé leur dispositif pour faire apparaître cet état dans le photon produit par le second quantum dot.
L’expérience a fonctionné : l’état du premier photon est réapparu dans celui émis par le second, démontrant que deux émetteurs séparés peuvent réellement se transmettre instantanément une information quantique intacte. C’est donc bien une téléportation, mais une téléportation qui opère comme un transfert d’identité, et non comme un déplacement physique d’un objet.
Une expérience menée avec du matériel ordinaire
Autre fait impressionnant, c’est que ces physiciens ont réussi grâce à un simple câble de fibre optique, de dix mètres de long, du même type que celui que vous avez à la maison. Un point essentiel là aussi, car si l’on veut un jour faire émerger et fonctionner l’Internet quantique, il faudra pouvoir faire circuler des états quantiques intacts dans les fibres déjà posées partout.
Cet Internet du futur n’existe pas encore : ce serait un réseau entièrement nouveau (encore au stade théorique), où l’on transmettrait non plus des impulsions lumineuses codées en 0 et 1, mais directement des états quantiques, impossibles à copier ou à espionner. Que cette téléportation fonctionne dans une fibre ordinaire montre que l’on pourra peut-être bâtir les premières bases de l’Internet quantique avec nos infrastructures de communications existantes.
Le taux de succès lors de l’expérience a dépassé les 70 % : dès que l’équipe essayait de transférer l’état quantique du premier photon vers le second, l’opération réussissait dans plus de sept cas sur dix. En considérant le fait que la moindre perturbation lors de l’opération (déviation de fréquence, fluctuation dans l’orientation de l’onde lumineuse, chauffe d’un composant, vibrations mécaniques, etc.) peut faire échouer la téléportation, c‘est tout simplement remarquable. L’équipe souhaite maintenant reproduire ce même résultat sur des distances bien plus importantes ; c’est le seul moyen de savoir si leur protocole pourra un jour être étendu à des architectures réelles, où les nœuds quantiques seront séparés par des dizaines, voire des centaines de mètres.
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