Une équipe américaine réunissant des chercheurs du Photonics Communication and Computing Center (CPCC) et de l’International Center for Advanced Internet Research (ICAIR) de la Northwestern University dans l’Illinois a franchi une avancée significative dans le domaine de la communication quantique en effectuant une téléportation quantique sur des câbles à fibres optiques déjà utilisés pour le trafic Internet classique. Cette avancée majeure laisse entrevoir la possibilité d’intégrer ce type de communication dans les infrastructures existantes, évitant ainsi la construction coûteuse de réseaux dédiés tout en ouvrant la voie à des échanges d’informations plus rapides et intrinsèquement sécurisés.
Cette coexistence entre données quantiques et classiques sur un même support physique était auparavant considérée comme improbable en raison de la fragilité des signaux quantiques. La transmission de photons uniques, porteurs d’informations quantiques, à travers des câbles saturés de millions de particules lumineuses classiques semblait être un obstacle insurmontable. Autant dire que les chercheurs ont réalisé une véritable prouesse expérimentale.
Téléporter des états quantiques pour transmettre des informations
Le téléportation quantique ne consiste pas en un transport physique en tant que tel d’informations. Il est basé sur le principe de l’intrication quantique, où deux particules sont liées de telle manière que leur états quantiques – c’est-à-dire toutes les informations et toutes les caractéristiques disponibles à leur sujet – sont corrélées, quelle que soit la distance qui les sépare. Au lieu d’envoyer physiquement l’information, nous transférons l’état quantique d’une particule à une autre, comme si l’information était « téléportée » d’un point à un autre.
En pratique, l’information quantique est codée dans photons unique, alors que les signaux classiques utilisent des millions de photons. La communication quantique, potentiellement limitée uniquement par la vitesse de la lumière, promet des échanges d’informations quasi instantanés et une sécurité renforcée : l’absence de transmission physique des informations élimine tout risque d’interception en cours de trajet, contrairement aux systèmes traditionnels.
Le principal défi était d’éviter les interférences entre les signaux quantiques extrêmement sensibles et le flux massif de données classiques. Les chercheurs ont résolu ce problème en identifiant des longueurs d’onde spécifiques dans lesquelles la diffusion de la lumière est minime. En plaçant les photons quantiques dans ces fenêtres spectrales et en utilisant des filtres spéciaux pour réduire le bruit généré par les transmissions classiques dans les fibres optiques, ils ont réussi à préserver l’intégrité de l’information quantique. L’expérience, réalisée sur une distance d’une trentaine de kilomètres, a prouvé la faisabilité de la méthode : les résultats ont montré que la téléportation quantique, même en présence d’un trafic internet important, pouvait être réalisée sans perte significative de qualité. .
Des clés quantiques pour détecter toute tentative d’interception
Une expérience complémentaire a eu lieu en Italie, où une collaboration entre Retelit (la principale entreprise italienne de télécommunications B2B), l’intégrateur de systèmes spécialisé dans les télécommunications, les solutions numériques et la mobilité électronique Telebit et ThinkQuantum (une spin-off de l’Université de Padoue) réussi à utiliser le distribution de clé quantique (Distribution de clés quantiquesou QKD) pour sécuriser les données transmises sur des câbles à fibre optique. Cette méthode repose sur les principes de la mécanique quantique et permet plus particulièrement de générer et de distribuer de manière sécurisée des clés de chiffrement. Il garantit que l’expéditeur et le destinataire sont au courant de toute tentative d’interception, puis interrompt la communication, rendant ainsi impossible tout vol de données.
L’expérience a été réalisée sur plusieurs kilomètres de fibres optiques entre Trévise et la ville de Mestre dans la région de Venise, démontrant que QKD peut coexister avec des canaux de données classiques, ici aussi en utilisant des fréquences différentes sur la même fibre.
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La téléportation quantique n’a pas encore quitté le laboratoire
Les chercheurs prévoient désormais d’étendre leurs expériences sur de plus longues distances et avec plusieurs paires de photons intriqués, pour démontrer le concept d’échange intriqué, une autre étape importante vers les réseaux quantiques distribués. L’objectif à plus long terme est de mener des expérimentations hors laboratoires où les conditions sont maîtrisées, pour valider la pertinence de ces avancées en conditions opérationnelles. L’adaptation de ces technologies aux réseaux de communication réels reste un défi majeur, car le passage aux câbles souterrains et sur de longues distances pourrait générer de nouvelles difficultés : l’intrication quantique est un phénomène fragile, sensible aux interférences et à la perte de cohérence.
Le chemin à parcourir est encore long : rendre la communication quantique accessible à tous et transformer la manière dont nous communiquons et échangeons des informations nécessitera encore des efforts considérables, et de nombreux obstacles restent à surmonter. On pense notamment aux coûts liés à la fabrication de composants quantiques, de sources de photons uniques, de détecteurs ou encore de dispositifs de contrôle…
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Source :
OPTIQUE
