Construire un Internet quantique fonctionnel nécessiterait de surmonter une multitude de défis techniques, mais les chercheurs qui ont construit l'un des réseaux quantiques les plus avancés à ce jour disent qu'ils pensent que c'est possible.
Un Internet quantique pourrait offrir une communication sécurisée dans le monde entier
L’un des réseaux quantiques les plus complexes construits à ce jour permettrait à 18 personnes de communiquer en toute sécurité grâce à la puissance de la physique quantique. Les chercheurs à l’origine de ces travaux affirment qu’ils offrent une voie pratique pour construire un Internet quantique mondial, mais d’autres sont sceptiques.
L’Internet quantique, promis depuis longtemps, permettrait aux ordinateurs quantiques de communiquer à distance en échangeant des particules de lumière appelées photons, liées entre elles par intrication quantique. Cela permettrait également de relier des réseaux de capteurs quantiques ou d’ordinateurs classiques d’envoyer et de recevoir des communications inpiratables. Mais relier un monde quantique n'est pas aussi simple que de poser des câbles, car garantir qu'un nœud du réseau puisse être intriqué avec un autre est un défi.
Maintenant, Xianfeng Chen de l'Université Jiao Tong de Shanghai, en Chine, et ses collègues ont montré comment relier deux réseaux quantiques. Tout d’abord, ils ont construit deux réseaux, chacun comportant 10 nœuds, qui partageaient tous l’intrication quantique – en fait deux versions minuscules d’un Internet quantique. Ils ont ensuite sacrifié un nœud de chaque réseau pour fusionner les deux en un réseau plus vaste et entièrement intriqué dans lequel chaque paire parmi les 18 nœuds restants pouvait communiquer.
La mise en réseau de 18 ordinateurs classiques serait une tâche simple, ne nécessitant que des composants extrêmement bon marché, mais dans le monde quantique, cela implique le partage de photons individuels entre plusieurs utilisateurs avec un timing si précis qu'il nécessite une technologie et une expertise de pointe. Même la communication entre une paire d’appareils est complexe, mais permettre à n’importe quelle paire parmi 18 utilisateurs de communiquer est sans précédent.
« Notre approche offre une capacité cruciale pour la communication quantique à travers différents réseaux et est avantageuse pour construire un Internet quantique à grande échelle permettant la communication entre tous les utilisateurs », écrivent les chercheurs, qui n'ont pas répondu à une demande de commentaires, dans un article sur leurs travaux.
Cette fusion de réseaux, comme la décrivent les chercheurs, nécessite un processus appelé échange d'intrication. Les photons peuvent être intriqués quantiquement en effectuant une observation particulière appelée mesure de Bell. La mesure simultanée de l'état d'un photon de chacune des deux paires de photons intriqués relie efficacement les deux photons les plus éloignés de la chaîne, mais utilise les photons mesurés car toute tentative de vérifier directement leur état détruit le fragile équilibre quantique.
« Ce n'est pas la première fois que l'échange d'intrications est démontré », déclare Siddarth Joshi de l'Université de Bristol, au Royaume-Uni. « Ce qu'ils ont fait, c'est qu'ils ont créé un système permettant d'effectuer l'échange entre les réseaux de manière un peu plus pratique. »
Joshi explique que la recherche sur les communications quantiques est actuellement divisée entre l'envoi d'informations entre deux appareils sur des distances de plus en plus grandes, parfois même avec un satellite, et la tentative de créer des protocoles et des méthodes permettant de mettre en réseau de manière fiable de nombreux appareils à de courtes distances. Cette recherche s’inscrit dans ce dernier camp. «Ces deux éléments sont très importants», dit-il.
Mais Robert Young de l'Université de Lancaster, au Royaume-Uni, affirme que, bien que le résultat soit une réalisation technique phénoménale qui a nécessité des compétences et de vastes ressources, il estime que son coût et sa complexité rendent peu probable qu'il serve de prototype pour de futurs réseaux quantiques à grande échelle.
«C'est tout simplement très loin d'être pratique et très loin de tout ce qui pourrait être mis en œuvre dans le monde réel», déclare Young. « L'affirmation du document est que c'est l'avenir de la façon dont vous pourriez fusionner les réseaux quantiques, mais il y a tellement de défis à résoudre pour y parvenir que c'est frustrant. »
L’un des problèmes réside dans la nécessité de recourir à des répéteurs dits quantiques pour envoyer des informations sur de longues distances. Les photons se perdent de plus en plus dans les câbles à fibres optiques à mesure que la distance augmente, et comme les informations quantiques ne peuvent pas être lues et retransmises (la mesure détruisant l'état des photons), les signaux ne peuvent pas être amplifiés sur leur trajet. Un répéteur quantique fonctionnel permettrait de transmettre des signaux sur de plus grandes distances, mais ces dispositifs se sont révélés difficiles à construire.
« En pratique, pour construire un réseau quantique, nous savons que nous aurons vraiment besoin d'une forme de répéteur quantique », explique Young – ce que cette démonstration de réseau n'aborde pas.
