Deux équipes de chercheurs différentes sont parvenues à réaliser une téléportation d’états quantiques sur les fibres optiques de réseaux urbains. © asharkyu, Shutterstock

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La téléportation quantique testée en pleine ville

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Deux équipes, l'une canadienne et l'autre chinoise, viennent de réussir une « téléportation » d'états quantiques entre des photons éloignés. La différence avec les succès précédents - nombreux - est l'utilisation de fibres optiques de réseaux interurbains existants. Ces deux expériences démontrent la possibilité d'une sécurisation des échanges de données sur Internet à l'aide d'un cryptage quantique.

Depuis des années, les informaticiens s'acharnent sur le stupéfiant phénomène de l'intrication quantique. Si deux particules sont « intriquées », explique la physique quantique, alors une mesure sur l'une affectera instantanément l'état de l'autre, quelle que soit la distance qui les sépare. Dans cette phrase, deux mots surprennent : « affectera » et « instantanément ». Comment une particule peut-elle être affectée par une mésaventure survenue à une autre, avec laquelle elle n'est pas interaction ? Et comment cet effet peut-il être transmis sans délai ? Parce que les particules sont des choses étranges et délocalisées, et pas des objets matériels qui ont l'obligeance de rester à leur place dans l'espace, répondent les physiciens. Quant à l'instantanéité qui semble contredire Einstein, elle ne signifie pas qu'une information a été transmise à vitesse infinie. Tant qu'une mesure n'a pas été faite sur l'une ou l'autre des particules, rien ne se passe. Il n'y a pas de signal transmis de l'une à l'autre.

Cet étrange phénomène a pris le nom de « téléportation », par référence, sans doute, à la série télévisée Star Trek qui a dû passionner beaucoup de futurs scientifiques. Mais l'expression est abusive puisqu'il n'y a pas de voyage de matière, comme dans le transport d'équipage du vaisseau Enterprise. Il n'y a de téléportation que d'états quantiques. Pour un non-physicien, tout cela est nébuleux mais les informaticiens y ont vu une application possible : créer une paire de photons intriqués et envoyer l'un d'eux lors d'une communication entre deux ordinateurs. Si le message est lu par un espion, la particule intriquée sera modifiée, prouvant que l'échange a été intercepté. Ce serait le meilleur moyen pour sécuriser la transmission d'une clé de cryptage.

Cette possibilité, envisagée en 1993, a été démontrée en 1997 au laboratoire mais, dans la pratique, l'exercice est difficile à plus grande échelle. C'est donc une suite de distances, toujours plus grandes, qui a ensuite émaillé cette affaire de « téléportation d'états quantiques », avec un record qui tient toujours : 143 km entre La Palma et Tenerife, deux îles des Canaries, en 2012. En 2014, une équipe suisse en a effectué une avec une distance totale de 25 km avec un progrès notable : l'état quantique du photon modifié a été transmis, via son jumeau, à un cristal, donc à un système physique différent. Comme nous l'avait alors expliqué Nicolas Gisin, l'un des auteurs, ce passage correspond à une forme de mémorisation, très éphémère mais bien plus longue que la minuscule durée de vie des phénomènes à l'échelle d'un photon. De quoi envisager de réaliser un jour les « répéteurs » qui permettraient d'augmenter les distances franchissables.

Beaucoup de travail reste à faire et deux équipes, une canadienne et une chinoise, viennent, avec des techniques différentes, d'en franchir une autre : utiliser des fibres classiques d'un réseau de télécommunication, où le signal est confronté à de multiples obstacles possibles. Celui de Calgary, en Alberta, au Canada, pour Wolfgang Tittel, sur 6,2 km, et celui de Hefei pour Jian-Wei Pan et ses collègues, sur 12,5 km.

L'équipe menée par Wolfgang Tittel, de l'université de Calgary, au Canada, a utilisé les fibres optiques du réseau de la ville. © Riley Brandt, University of Calgary

La téléportation quantique sur des réseaux optiques classiques

La technique canadienne, expliquent ses auteurs, qui publient dans la revue Nature Photonics, est classique, avec un tiers (il en faut toujours un), situé plus près du destinataire, lequel effectue l'intrication de deux photons, tous deux émis sur les fibres optiques. En revanche, la distance entre les deux personnes en communication n'importe plus. Selon Wolfgang Tittel, cité par New Scientist, leur réussite montre la faisabilité de répéteurs, qui étendraient aussi loin qu'on le souhaite la téléportation quantique. L'équipe chinoise, elle, dont l'article est paru dans la même revue, a fait réaliser l'intrication par un tiers situé entre les deux locuteurs. Son principe démontre qu'il est possible de transmettre ces informations quantiques à l'échelle d'une ville.

Pour l'instant, ces prouesses demeurent toutefois expérimentales, avec des quantités d'informations échangées qui restent bien trop faibles. Il faudra des années avant de les concrétiser, et permettre des systèmes de cryptage qui résisteront aux futurs ordinateurs quantiques, dont on dit qu'ils seront capables de casser n'importe clé.

Interview : intrication et téléportation quantique  Débusquée dans les équations et les principes de la physique quantique par Einstein et Schrödinger, l’intrication quantique permet de téléporter de l’information entre deux particules. Ce transfert qui semble instantané, fleurtant avec la science fiction, est très intriguant. Mais il a été constaté en laboratoire. Pourrait-on imaginer la possibilité d’une téléportation humaine ? Dans le cadre de sa série de vidéos Questions d’experts, sur la physique et l’astrophysique, l’éditeur De Boeck a interrogé Olivier Pujol, maître de conférence à l’Université de Lille, sur cette possibilité.