Pas de science-fiction : La téléportation quantique offre une voie rapide pour la communication de données

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Error-Correction Protocol Concept
Concept de protocole de correction d'erreur

Une conception artistique d’un protocole de correction d’erreurs : les photons affectés par l’environnement sont fixés puis utilisés pour transporter les données qui y sont téléportées. Crédit : Maria Slussarenko

La téléportation est peut-être un concept habituellement réservé à la science-fiction, mais des chercheurs ont démontré qu’elle pouvait être utilisée pour éviter les pertes dans les canaux de communication au niveau quantique.

L’équipe, qui comprend des chercheurs du Centre de dynamique quantique de l’Université Griffith, a mis en évidence les problèmes liés à la perte inhérente qui se produit dans toutes les formes de canaux de communication (par exemple, Internet ou le téléphone) et a découvert un mécanisme qui peut réduire cette perte.

Le professeur Geoff Pryde, le Dr Sergei Slussarenko, le Dr Sacha Kocsis et le Dr Morgan Weston, ainsi que des chercheurs de l’Université du Queensland et du National Institute of Standards and Technology, affirment que cette découverte constitue une étape importante vers la mise en œuvre de l'”Internet quantique”, qui apportera des capacités sans précédent, inaccessibles avec le Web actuel.

Le Dr Slussarenko a déclaré que l’étude était la première à démontrer une méthode de réduction des erreurs qui améliore les performances d’un canal.

Sergei Slussarenko

Dr. Sergei Slussarenko du Centre de Dynamique Quantique.

“Nous avons d’abord examiné les données brutes transmises par notre canal et nous avons pu constater que le signal était meilleur avec notre méthode que sans elle”, a-t-il déclaré.

“Dans notre expérience, nous avons d’abord envoyé un photon à travers la perte – ce photon ne transporte aucune information utile, donc le perdre n’était pas un gros problème.

“Nous avons ensuite pu corriger les effets de la perte grâce à un dispositif appelé amplificateur linéaire sans bruit, développé à Griffith et à l’Université du Queensland.

“Il peut récupérer l’état quantique perdu, mais il ne réussit pas toujours ; parfois il échoue.

“Cependant, une fois que la récupération réussit, nous utilisons alors un autre protocole purement quantique – appelé téléportation d’état quantique – pour téléporter l’information que nous voulions transmettre dans le support maintenant corrigé, en évitant toute perte sur le canal.”

Les technologies quantiques promettent des changements révolutionnaires dans notre société basée sur l’information, et une communication quantique développe des méthodes telles que celle démontrée dans cette étude pour transmettre des données de manière extrêmement sûre et sécurisée, de sorte qu’il est impossible d’y accéder par un tiers.

“Le cryptage quantique à courte distance est déjà utilisé commercialement, mais si nous voulons mettre en œuvre un réseau quantique mondial, la perte de photons devient un problème car elle est inévitable”, a déclaré le Dr Slussarenko.

“Notre travail met en œuvre un relais quantique, un ingrédient clé de ce réseau de communication longue distance.

“Le théorème de non-clonage interdit de faire des copies de données quantiques inconnues, donc si un photon porteur d’information est perdu, l’information qu’il transportait est perdue à jamais.

“Un canal de communication quantique longue distance fonctionnel a besoin d’un mécanisme pour réduire cette perte d’information, ce qui est exactement ce que nous avons fait dans notre expérience.”

Le Dr Slussarenko a déclaré que la prochaine étape de cette étude consisterait à réduire les erreurs à un niveau permettant à l’équipe de mettre en œuvre la cryptographie quantique à longue distance, et de tester la méthode en utilisant une infrastructure optique réelle, telle que celles utilisées pour l’Internet par fibre.

Les résultats ont été publiés dans le journal Nature Communications.

Référence : “Quantum channel correction outperforming direct transmission” par Sergei Slussarenko, Morgan M. Weston, Lynden K. Shalm, Varun B. Verma, Sae-Woo Nam, Sacha Kocsis, Timothy C. Ralph et Geoff J. Pryde, 5 avril 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-29376-4

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