En février 2020, des scientifiques du Laboratoire national d'Argonne du Département américain de l'énergie et de l'Université de Chicago ont découvert qu'ils avaient réalisé un enchevêtrement quantique – dans lequel le comportement d'une paire de deux minuscules particules devient lié, de sorte que leurs états sont identiques – cela s'est produit sur un réseau de 83,7 km avec quantique. boucles dans la banlieue de Chicago.
Vous vous demandez peut-être de quoi il s'agit si vous n'êtes pas un scientifique familiarisé avec la mécanique quantique – c'est-à-dire le comportement de la matière et de l'énergie à la plus petite échelle de la réalité, qui est particulièrement différente du monde que nous pouvons voir autour de nous.
L'exploration des chercheurs pourrait être une étape importante dans le développement d'une nouvelle version beaucoup plus puissante d'Internet au cours des prochaines décennies. Au lieu des bits que le réseau moderne utilise, qui ne peuvent être exprimés que par 0 ou 1, le futur Internet quantique utilisera des qubits d'informations quantiques, qui peuvent prendre un nombre infini de valeurs. (Un qubit est une unité d'information pour un ordinateur quantique.)
Cela donnerait à l'Internet quantique plus de bande passante, lui permettant de connecter des ordinateurs quantiques ultra-puissants et d'autres appareils et d'exécuter des applications qui ne sont tout simplement pas possibles avec l'Internet que nous avons.
«L'Internet quantique deviendra une plate-forme pour l'écosystème quantique dans lequel les ordinateurs, les réseaux et les capteurs échangeront des informations d'une manière fondamentalement nouvelle, dans laquelle la détection, la communication et le calcul fonctionneront littéralement comme un seul», explique David Aushalom, professeur de spintronique et d'information quantique à l'École. Ingénierie moléculaire par Pritzker à l'Université de Chicago et senior fellow à Argonne qui a dirigé le projet de boucle quantique.
Qu'est-ce que l'Internet quantique?
Alors pourquoi avons-nous besoin de lui et que fait-il? Pour commencer, l'Internet quantique ne remplace pas l'Internet ordinaire que nous avons aujourd'hui. C'est plutôt un ajout. Il pourrait s'occuper de certains des problèmes qui interfèrent avec Internet actuel. Par exemple, l'Internet quantique offrira une meilleure protection contre les pirates et les cybercriminels. À l'heure actuelle, si Alice à New York envoie un message à Bob en Californie sur Internet, ce message est plus ou moins en ligne droite d'un océan à l'autre. En cours de route, les signaux porteurs du message se dégradent; les répéteurs lisent les signaux, amplifient et corrigent les erreurs. Mais ce processus permet aux pirates de «craquer» et d'intercepter le message.
La messagerie quantique n'a pas ce problème. Les réseaux quantiques utilisent des particules de photons légers pour envoyer des messages immunisés contre les cyberattaques. Au lieu de crypter un message en utilisant la complexité mathématique, nous nous baserons sur les règles spéciales de la physique quantique, selon Ray Newell, chercheur au Los Alamos National Laboratory. Avec l'information quantique, «vous ne pouvez pas la copier ou la diviser, et vous ne pouvez même pas la regarder sans la changer». En fait, le simple fait d'essayer d'intercepter le message le détruit, comme le note le journal Wired. Cela rendrait tout beaucoup plus sûr que ce qui est disponible aujourd'hui.
«La manière la plus simple de comprendre le concept de l'Internet quantique est le concept de téléportation quantique», explique Sumit Khatri, chercheur à la Louisiana State University à Baton Rouge. Lui et ses collègues ont écrit un article sur la possibilité d'un Internet quantique basé dans l'espace, dans lequel les satellites diffuseront en continu des photons intriqués à la surface de la Terre, comme décrit dans l'article Aperçu de la technologie.
“La téléportation quantique ne ressemble pas à ce que l'esprit d'un non-scientifique pourrait proposer en termes de ce qu'il voit dans les films de science-fiction”, dit Khatri. «Dans la téléportation quantique, deux personnes qui souhaitent communiquer partagent une paire de particules quantiques intriquées. Ensuite, grâce à une série d'opérations, l'expéditeur peut envoyer n'importe quelle information quantique au récepteur (bien que cela ne puisse pas être fait plus rapidement que la vitesse de la lumière). Cet ensemble d'enchevêtrements communs entre couples de personnes à travers le monde constitue essentiellement l'Internet quantique. La principale question de recherche est de savoir comment répartir au mieux ces paires enchevêtrées parmi des personnes réparties dans le monde.
Une fois que cela pourra être fait à grande échelle, l'Internet quantique deviendra si incroyablement rapide que les horloges à distance seront synchronisées environ mille fois plus précisément que les meilleures horloges atomiques disponibles aujourd'hui, selon le magazine Cosmos. Cela rendrait la navigation GPS beaucoup plus précise qu'elle ne l'est aujourd'hui et afficherait le champ gravitationnel de la Terre avec tellement de détails que les scientifiques pourraient remarquer la pulsation des ondes gravitationnelles. Cela pourrait également permettre aux photons de se téléporter depuis des télescopes à lumière visible distants à travers la Terre et de les relier à un observatoire virtuel géant.
«Vous pourriez potentiellement voir des planètes autour d'autres étoiles», déclare Nicholas Peters, chef d'équipe pour la science de l'information quantique au Oak Ridge National Laboratory.
Problèmes de construction d'un Internet quantique.
Mais avant que cela ne se produise, les chercheurs doivent trouver comment construire un Internet quantique, et étant donné les caractéristiques étranges de la mécanique quantique, ce ne sera pas facile. «Dans le monde classique, vous pouvez encoder des informations et les stocker, et elles ne sont pas détruites», déclare Peters. “Dans le monde quantique, vous codez des informations et elles commencent à se décomposer presque immédiatement.”
Un autre problème est que, puisque la quantité d'énergie qui correspond à l'information quantique est vraiment petite, il est difficile de l'empêcher d'interagir avec le monde extérieur. Aujourd'hui, «dans de nombreux cas, les systèmes quantiques ne fonctionnent qu'à des températures très basses», explique Newell. “Une autre alternative est de travailler dans le vide.”
Newell dit que pour créer une fonction Internet quantique, nous avons besoin de types de matériel qui n'ont pas encore été développés. Par conséquent, il est difficile de dire exactement quand l'Internet quantique sera lancé, bien que certains scientifiques suggèrent que cela pourrait se produire dès 2030.
