Une vue d'artiste de l'internet quantique depuis l'espace. © metamorworks, Adobe Stock

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Internet quantique : la Chine réalise la première transmission entre un satellite et un récepteur mobile

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Après avoir réussi ses expériences de téléportation quantique entre un satellite et une station au sol, la Chine pousse un cran plus loin ses réalisations en vue d'un internet quantique. Les chercheurs chinois ont réussi une distribution de clé quantique entre le même satellite et une station au sol mobile : une première mondiale !

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[EN VIDÉO] Interview : quel est l'avenir de la physique quantique ?  Le monde de la physique quantique est fascinant et surprenant. Il s'agit d'un axe majeur de la recherche scientifique. Futura-Sciences a interviewé le physicien Claude Aslangul pour qu’il nous parle des dernières découvertes en la matière et évoque l'une des applications les plus étonnantes. 

La Chine continue à développer un internet quantique qui peut passer via un satellite, en l'occurrence celui nommé en l'honneur d'un célèbre philosophe chinois Mozi (Micius, dans sa forme latinisée) ayant vécu au Ve siècle av. J.-C. Futura en avait déjà parlé dans l'article précédent ci-dessous qui concernait un record battu pour une expérience de téléportation quantique avec celle d'une mission spatiale scientifique développée par l'Agence spatiale chinoise : Quess (Quantum Experiments at Space Scale à traduire par Expériences quantiques à l'échelle spatiale).

Le récepteur et transmetteur au sol était alors une station pesant plus de 10 tonnes mais, depuis lors, la technologie et la miniaturisation ont progressé de sorte qu'il est possible d'établir une connexion quantique avec Mozi en utilisant un dispositif au sol d'environ 80 kg. On dispose donc d'un récepteur/transmetteur particulièrement mobile qui peut s'installer sur le toit d'une voiture, par exemple.

Une présentation des bases d'une expérience de distribution quantique de clé à partir d'un satellite qui a permis de battre le record de distance avec l'intrication quantique. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Science Magazine

La Chine a fait savoir que des expériences ont justement été menées avec ce dispositif. Il s'agit d'une première mondiale, à savoir une transmission de données sécurisées avec cryptographie via la mécanique quantique de photons entre une station mobile et un satellite. Une clé a ainsi été relayée grâce à Mozi entre la station au sol mobile et une station fixe de Shanghai.

Impliquée dans cette expérience, la Banque industrielle et commerciale de Chine (ICBC) est particulièrement intéressée. Elle utilise d'ailleurs déjà la distribution de clés quantiques par satellite entre des villes comme Pékin et Urumqi dans l'extrême nord-ouest de la Chine. Pour l'instant, le dispositif mobile au sol transmet des données à un taux compris entre 4.000 et 10.000 bits par seconde, contre environ 40.000 bits par seconde pour les plus grandes stations.

  • Le phénomène d'intrication quantique pourrait déboucher sur de multiples révolutions technologiques, notamment un Internet quantique sécurisé par cryptographie basée sur la téléportation quantique.
  • Mais qui dit Internet quantique dit persistance de l'intrication quantique avec des particules sur de grandes distances.
  • Un test avec des paires de photons intriqués émis depuis l'espace vers le sol a battu un record en montrant, dans un premier temps, que l'intrication subsistait sur une distance de 1.200 km, et, dans une seconde expérience, qu'il permettait une téléportation jusqu'à 1.400 km via le satellite chinois Mozi.
  • La Chine vient de tester avec succès une nouvelle transmission quantique entre Mozi et cette fois-ci, un récepteur transportable de 80 kg.
Pour en savoir plus

La téléportation quantique bat un nouveau record de distance : 1.400 km !

Article de Laurent Sacco publié le 13/07/2017

L'exploit n'a rien à voir avec Star Trek mais reste impressionnant. Après avoir battu le record de distance avec un effet EPR via des paires de photons intriqués transmises par un satellite, des physiciens chinois viennent de battre celui de la distance de téléportation, atteignant 1.400 km.

Il y a un mois, une équipe de chercheurs chinois avait battu le record de distance pour la transmission de photons « intriqués » avec l'expérience Quess (Quantum Experiments at Space Scale, Expériences quantiques à l'échelle spatiale). L'un de ses aspects les plus spectaculaires est d'avoir été réalisée avec un satellite. Sur son orbite héliosynchrone, il passe au-dessus du même point de la surface terrestre à la même heure solaire locale. Cette orbite est utilisée par les satellites météorologiques, de reconnaissance et de télédétection. Dans le cas présent, le satellite Mozi, nommé en honneur d'un célèbre philosophe chinois, avait permis de montrer qu'un effet EPR était toujours présent quand bien même les photons intriqués étaient répartis entre deux villes distantes d'environ 1.200 km, en l'occurrence Delingha et Lijiang.

Cette performance ouvrait la voie à des expériences de téléportations quantiques, prévues à l'origine dans le cadre de Quess mais qui n'avaient pas encore été réalisées. Rappelons toutefois qu'il ne s'agissait nullement d'une téléportation au sens de la science-fiction et à la Star Trek.

Un dispositif illustrant le principe de la production de paires de photons intriqués. Un laser (bleu) passe à travers un cristal où un phénomène d'optique non linéaire produit deux faisceaux (en rouge) avec des paires de photons en sortie. L'état quantique de ces paires est inscrit sur un tableau noir. © IQOQI Vienna, Austrian Academy of Sciences

Une preuve de principe pour la téléportation intercontinentale

Seules des informations sous forme d'états quantiques peuvent être transmises et ces mêmes informations ne sont utilisables que complétées par d'autres, transmises, elle, à la vitesse de la lumière tout au plus. Hors de question, par conséquent, de se servir de la téléportation quantique pour se retrouver instantanément sur une exoplanète de la Voie lactée ni même de communiquer plus vite que la lumière.

Un article déposé sur arXiv par les physiciens chinois montre cependant que des expériences de téléportation quantique ont finalement été menées avec succès, battant un record et réalisant une grande première. Personne avant eux n'avait en effet réalisé une téléportation quantique du sol depuis l'espace. Enfin, les états quantiques ont été téléportés entre des paires de photons distantes de 500 à 1.400 km, selon la position de Mozi par rapport à la source de photons au sol, installée à Ngari, au Tibet.

Pendant 32 jours, cette source a produit des millions de paires de photons intriqués, à un rythme de 4.000 par seconde. Seules environ 900 d'entre elles, cependant, ont participé à la téléportation. Il reste encore du pain sur la planche mais, en principe, rien ne semble s'opposer à un réseau quantique de transfert d'informations qui serait intercontinental, inviolable et réalisé grâce à des satellites en orbite.


Vers la téléportation quantique : intrication record de photons à 1.200 km

Article de Laurent Sacco publié le 19/06/2017

Le précédent record de distance pour une expérience faisant intervenir des photons intriqués était détenu dans le cadre d'un essai de téléportation quantique. À présent, une équipe de chercheurs chinois, qui s'est pour le moment limitée à tester la persistance de l'intrication quantique, vient de battre ce record avec des paires de photons envoyés depuis l'espace et détectés dans deux villes distantes de 1.200 km.

La guerre fait rage sur le front de bataille pour la maîtrise des technologies quantiques de l'information. L'issue est incertaine pour les ordinateurs quantiques, même si certains laboratoires, comme celui d'IBM, espère établir la suprématie quantique de certains calculateurs ou simulateurs pour des problèmes actuellement du ressort des superordinateurs classiques.

Les perspectives sont bien meilleures pour un futur Internet quantique qui permettra des transferts d'informations particulièrement fiables par cryptographie, voire de la téléportation quantique d'états -- à ne pas confondre avec la mythique téléportation d'objets physiques à la Star Trek.

Dans tous les cas, c'est le mystérieux phénomène d'intrication quantique qui est mis en œuvre par les physiciens dans leurs expériences et leurs réalisations technologiques. Découvert théoriquement dans les années 1930 par Schrödinger, Einstein et ses collaborateurs, il est devenu célèbre dans le grand public via le fameux paradoxe EPR ou encore celui du chat de Schrödinger.

Grâce à ce phénomène, deux photons intriqués se comportent comme un seul objet sur des distances que l'on pense arbitrairement grandes. La mesure de certaines caractéristiques de l'un de ses photons provoque alors une modification de l'état du second à une vitesse inconnue mais certainement bien plus rapide que celle de la lumière. Il n'est cependant pas possible de s'en servir pour téléphoner plus vite que la lumière.

L’Internet du futur sera quantique et spatial

Si l'intrication quantique est a priori un bon moyen pour faire de la cryptographie quantique ou de la téléportation d'informations avec des photons, il faut s'assurer qu'en pratique, elle peut bien servir à établir une sorte d'Internet quantique. Or, les photons qui voyagent par exemple dans des fibres optiques peuvent subir des dégradations qui rendent impossibles la téléportation ou la cryptographie à longue distance. Il y a toujours du bruit. Ce problème est patent à travers l'air mais il est censément moins grave si les photons voyagent dans le vide, dans l'espace, donc. D'où l'idée de réaliser des expériences avec des paires de photons intriqués qui seraient émis entre des satellites et des stations au sol.

Comme le montre un article publié dans Science par une équipe de chercheurs chinois, il est bel et bien possible de transmettre des paires de photons intriqués sur de grandes distances depuis l'espace. Bien que leurs trajectoires soient plus grandes, les physiciens ont montré que certains des photons impliqués dans l'expérience Quess (Quantum Experiments at Space Scale, Expériences quantiques à l'échelle spatiale) restaient intriqués quand ils étaient détectés sur Terre dans deux villes chinoises distantes d'environ 1.200 km, Delingha et Lijiang. En théorie, cela ouvre la porte à des expériences de téléportations quantiques comme celles effectuées en 2012 par Anton Zeilinger et ses collègues. Ils étaient parvenus à téléporter des états quantiques entre Tenerife et La Palma, soit sur une distance de 143 km (voir article plus bas). D'ailleurs, il s'agissait aussi du record de distance pour des expériences cherchant à tester la persistance d'une intrication quantique entre deux systèmes physiques.

Vers des connexions intercontinentales entre ordinateurs quantiques

Bien que la téléportation soit au programme de Quess, les chercheurs chinois n'en sont pas encore là. Pour le moment, ils ont créé des paires de photons intriqués dans l'infrarouge à partir d'une source laser dans l'ultraviolet alimentant un dispositif d'optique non linéaire à bord du satellite Mozi, nommé en honneur d'un célèbre philosophe chinois.

Je suis personnellement convaincu que l’Internet du futur sera basé sur ces principes quantiques.

Environ 6 millions de photons ont ainsi été créés et environ 1.000 ont été détectés sur Terre, ce qui représente un taux de réussite bien supérieur à celui obtenu dans les expériences avec des fibres optiques. Toutefois, ce taux reste pour le moment inférieur à celui exigé pour vraiment mettre en œuvre un réseau de communications quantiques. Les photons sont reçus sur la Terre en utilisant des télescopes de 1,2 à 1,8 m de diamètre et c'est en mesurant leurs polarisations qu'a pu être établie la persistance de l'intrication quantique via le fameux test des inégalités de Bell.

Selon Anton Zeilinger, qui pousse l'Europe dans une direction similaire, la Chine s'engage ainsi dans une direction prometteuse qui, à terme, pourraient ouvrir la voie à des connexions intercontinentales entre ordinateurs quantiques. « Je suis personnellement convaincu que l'Internet du futur sera basé sur ces principes quantiques » affirme même le lauréat du prix Wolf, souvent l'antichambre d'un prix Nobel.


Record de distance battu pour la téléportation quantique : 143 km

Article de Laurent Sacco publié le 25/05/2012

Le record du monde de distance pour de la téléportation quantique a été battu deux fois en l'espace de quelques semaines. Une équipe chinoise a d'abord atteint 97 km. Mais on vient d'apprendre qu'Anton Zeilinger et ses collègues sont parvenus à téléporter des états quantiques entre Tenerife et La Palma, soit sur une distance de 143 km. La téléportation quantique, mais pas d'objets, avec des satellites serait à portée de mains.

C'est en 1993 que Charles Bennett et ses collègues travaillant chez IBM ont publié un article dans lequel ils proposaient un protocole expérimental devant permettre la téléportation d'états quantiques. Quatre ans plus tard, Anton Zeilinger publiait dans Nature un article annonçant qu'en compagnie d'autres chercheurs, il était parvenu à mettre en application les idées de Bennett pour faire de la téléportation quantique.

La performance est fascinante et elle a tout de suite déchaîné l'enthousiasme des fans de la série Star Trek, y voyant là l'espoir de rendre réel l'un des plus grands rêves de la science-fiction. Malheureusement, il y a peu de chance de voir un jour les équivalents de monsieur Spock et du capitaine Kirk disparaissant de la surface de Pandora ou d'une superterre pour réapparaître par téléportation à l'intérieur de l''Enterprise.

On peut même affirmer que c'est impossible, en tout cas par téléportation quantique. La raison en est que seul un état quantique est téléporté, de l'information donc, pas de la matière. En outre, le système physique initial portant l'information est détruit. Dans le meilleur des cas, un clone complet, mémoire et état de conscience compris, d'un des personnages de Star Trek pourrait éventuellement être reconstruit à bord de l'Entreprise mais l'original serait bel et bien mort.

La téléportation quantique en elle-même repose sur le phénomène d'intrication quantique découvert théoriquement par Einstein et Schrödinger dans les années 1930. C'est ce phénomène qui est au cœur du célèbre paradoxe EPR et dont l'existence a été vérifiée en 1982 par Alain Aspect et ses collègues.

Le physicien Anton Zeilinger. © Jaqueline Godany

Vers un réseau de communication par téléportation quantique

Comme la technologie de la téléportation quantique pourrait au moins servir à faire un réseau sûr de communication avec cryptographie, on comprend pourquoi plusieurs laboratoires dans le monde cherchent à téléporter des états quantiques sur des distances de plus en plus grandes. Récemment, on apprenait qu'une équipe chinoise avait battu le record de distance pour la téléportation quantique avec 97 km. Les détails de la performance des chercheurs de l'université de Shangaï se trouvent dans un article publié sur arxiv.

Mais voilà que l'on apprend, aussi par l'intermédiaire d'un article déposé sur arxiv, qu'Anton Zeilinger et ses collègues ont déjà pulvérisé ce record en faisant de la téléportation quantique sur une distance de 143 km. Il y a déjà presque un an, les physiciens tentaient d'utiliser des photons pour réaliser une téléportation quantique entre deux îles des Canaries bien connues, La Palma et Tenerife, mais le mauvais temps les en avait empêché. La seconde tentative a finalement été la bonne !

Bien que des satellites de communication se trouvent à des distances plus grandes dans l'espace, l'épaisseur d'atmosphère à traverser, et donc des effets parasites qui seraient dus à la poussière ou la pluie, sont bien moindres. On serait donc bien au seuil de l'établissement de véritables télécommunications quantiques sur de grandes distances.

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