Les satellites quantiques diffusent actuellement des particules de lumière enchevêtrées depuis l’espace vers différentes stations au sol pour des communications ultra-sécurisées. De nouvelles recherches montrent qu'il est également possible d'envoyer ces signaux vers le haut, de la Terre vers un satellite ; quelque chose que l'on croyait autrefois irréalisable.
Cette percée surmonte d’importants obstacles aux communications quantiques par satellite actuelles. Les émetteurs des stations au sol peuvent accéder à plus de puissance, sont plus faciles à entretenir et pourraient générer des signaux beaucoup plus puissants, permettant ainsi aux futurs réseaux informatiques quantiques d’utiliser des relais satellites.
L'étude intitulée « Distribution de l'intrication quantique via des canaux satellite de liaison montante », réalisée par le professeur Simon Devitt, le professeur Alexander Solntsev et une équipe de recherche de l'Université de technologie de Sydney (UTS), est publiée dans la revue Recherche sur l'examen physique.
La Chine a lancé le satellite Micius en 2016, qui a permis les premières expériences de transmission d’informations cryptées quantiquement depuis l’espace. En 2025, le microsatellite Jinan-1 a prolongé ces progrès avec une liaison quantique de 12 900 km entre la Chine et l’Afrique du Sud.
« Les satellites quantiques actuels créent des paires intriquées dans l'espace, puis envoient chaque moitié de la paire vers deux endroits sur Terre, ce qu'on appelle une » liaison descendante « », a déclaré le professeur Solntsev. « Il est principalement utilisé pour la cryptographie, où seuls quelques photons (particules de lumière) sont nécessaires pour générer une clé secrète. »
L’idée inverse, selon laquelle des paires de photons intriqués sont créées au sol et envoyées vers un satellite, n’avait pas été prise au sérieux. On pensait qu'une approche « liaison montante » ne fonctionnerait pas en raison de la perte du signal, des interférences et de la diffusion.
« L'idée est d'envoyer deux particules de lumière depuis des stations au sol distinctes vers un satellite en orbite à 500 km au-dessus de la Terre, se déplaçant à environ 20 000 km par heure, afin qu'elles se rencontrent si parfaitement qu'elles subissent une interférence quantique. Est-ce même possible ? » dit le professeur Devitt.
« Étonnamment, notre modélisation a montré qu'une liaison montante est réalisable. Nous avons inclus des effets du monde réel tels que la lumière de fond de la Terre et les reflets du soleil de la Lune, les effets atmosphériques et l'alignement imparfait des systèmes optiques », a-t-il déclaré.
Les chercheurs suggèrent que le concept de liaison montante pourrait être testé dans un avenir proche à l’aide de drones ou de récepteurs sur ballons, ouvrant ainsi la voie à de futurs réseaux quantiques à travers les pays et les continents utilisant de petits satellites en orbite basse.
« Un Internet quantique est une bête très différente des applications cryptographiques naissantes actuelles. Il s'agit du même mécanisme principal, mais il faut beaucoup plus de photons – plus de bande passante – pour connecter des ordinateurs quantiques », a déclaré le professeur Devitt.
« La méthode de liaison montante pourrait fournir cette bande passante. Le satellite n'a besoin que d'une unité optique compacte pour interférer avec les photons entrants et rapporter le résultat, plutôt que d'un matériel quantique pour produire les milliards et les milliards de photons par seconde nécessaires pour surmonter les pertes au sol, permettant une liaison quantique à large bande passante. Cela réduit les coûts et la taille et rend l'approche plus pratique. «
« Dans le futur, l'intrication quantique sera un peu comme l'électricité. Un bien dont nous parlons et qui alimente d'autres choses. Il est généré et transmis d'une manière qui est souvent invisible pour l'utilisateur ; il suffit de brancher nos appareils et de l'utiliser. Ce sera finalement la même chose pour les grands réseaux d'intrication quantique. Il y aura des dispositifs quantiques qui se brancheront à une source d'intrication ainsi qu'à une source d'énergie, utilisant les deux pour faire quelque chose d'utile », a-t-il déclaré.
Le projet rassemble des experts de la Faculté d'ingénierie et d'informatique de l'UTS et de la Faculté des sciences, combinant leurs atouts en matière de réseaux quantiques, de modélisation de systèmes et de photonique. Il souligne comment la collaboration entre facultés à l’UTS génère des solutions aux défis technologiques majeurs.
