L’« Internet quantique » se rapproche d’un pouce de l’avancement du déploiement des données

Des chercheurs développent un nouveau type d’ordinateur de Santa Barbara, en Californie, à Hefein, en Chine, pour transformer des machines modernes en jouets.

En utilisant les forces mystérieuses de la mécanique quantique, la technologie exécute en quelques minutes des tâches que même les superordinateurs ne pourraient pas effectuer pendant des milliers d’années. À l’automne 2019, Google a dévoilé un ordinateur quantique expérimental qui a montré que c’était possible. Deux ans plus tard, le laboratoire chinois fait de même.

Mais l’informatique quantique n’atteindra pas son potentiel sans une autre percée technologique. Appelez cela “l’Internet quantique”, un réseau informatique capable d’envoyer des informations quantiques entre des machines distantes.

Une équipe de physiciens de l’Université de technologie de Delft aux Pays-Bas a franchi une étape importante vers ce futur réseau informatique, en utilisant une technique appelée téléportation quantique pour envoyer des données à travers trois emplacements physiques. Auparavant, cela n’était possible qu’à deux.

Une nouvelle expérience montre que les scientifiques sont capables d’étendre le réseau quantique à de plus en plus d’endroits. “Nous construisons actuellement de petits réseaux quantiques en laboratoire”, a déclaré Ronald Hanson, un physicien de Delft qui guide l’équipe. “Mais l’idée est de construire enfin un Internet quantique.”

Leurs recherches, publiées dans un article publié cette semaine dans la revue scientifique Nature, démontrent la puissance d’un phénomène qu’Albert Einstein considérait autrefois comme impossible. La téléportation quantique – ce qu’il a appelé “l’activité d’horreur à distance” – peut transmettre des informations entre des emplacements sans déplacer réellement la substance physique qui la contient.

Cette technologie peut changer fondamentalement la façon dont les données se déplacent d’un endroit à un autre. Il est basé sur plus d’un siècle de recherche en mécanique quantique, un domaine de la physique qui contrôle le champ subatomique et se comporte différemment de ce que nous vivons dans notre vie quotidienne. La téléportation quantique déplace non seulement les données entre les ordinateurs quantiques, mais aussi d’une manière que personne ne peut écouter.

“Cela signifie non seulement qu’un ordinateur quantique peut résoudre votre problème, mais aussi qu’il ne sait pas quel est le problème”, a déclaré Tracy Eleanor Northup, chercheuse à l’Institut de physique expérimentale de l’Université d’Innsbruck qui étudie également le quantique. téléportation. “C’est simplement venu à notre connaissance à ce moment-là. Google sait ce que vous utilisez sur ses serveurs.

Un ordinateur quantique utilise des façons étranges dont certains objets se comportent lorsqu’ils sont très petits (comme un électron ou une particule légère) ou très froids (comme un métal exotique refroidi presque à zéro absolu, ou moins 460 degrés Fahrenheit). Dans de telles situations, un objet peut se comporter comme deux objets différents en même temps.

Les ordinateurs traditionnels effectuent des calculs en traitant des “bits” d’informations, chaque bit contenant soit 1 soit 0. En utilisant le comportement étrange de la mécanique quantique, le bit ou cube quantique peut stocker une combinaison de 1 et 0 – un bit. comme la façon dont une pièce de monnaie qui tourne a la possibilité tentante que lorsqu’elle tombe finalement sur la table, elle se lève tête ou queue.

Cela signifie que deux coudées contiennent quatre valeurs à la fois, trois coudées contiennent huit, quatre 16, et ainsi de suite. À mesure que le nombre de qubits augmente, l’ordinateur quantique devient exponentiellement plus puissant.

Les chercheurs pensent que ces appareils pourraient un jour accélérer le développement de nouveaux médicaments, les progrès de l’intelligence artificielle et, à terme, casser le cryptage qui protège les ordinateurs essentiels à la sécurité nationale. Les gouvernements, les laboratoires universitaires, les start-ups et les géants de la technologie du monde entier dépensent des milliards de dollars en recherche technologique.

En 2019, Google a annoncé que sa machine avait atteint ce que les scientifiques appellent la “suprématie quantique”, ce qui signifiait qu’elle pouvait effectuer une tâche expérimentale impossible avec les ordinateurs traditionnels. Cependant, la plupart des experts pensent qu’il faudra encore plusieurs années – au moins – avant qu’un ordinateur quantique puisse réellement faire quelque chose d’utile que vous ne pouvez pas faire avec une autre machine.

Une partie du défi est que le cube se brise ou “casse” lorsque vous lisez ces informations – il devient un bit normal qui ne peut contenir que 0 ou 1, mais pas les deux. Cependant, en combinant de nombreux qubits et en développant des moyens d’empêcher la décohérence, les scientifiques espèrent construire des machines puissantes et pratiques.

En fin de compte, ils seraient idéalement connectés à des réseaux capables d’envoyer des informations entre les nœuds, ce qui leur permettrait d’être utilisés n’importe où, tout comme les services de cloud computing de Google et d’Amazon rendent la puissance de traitement largement disponible aujourd’hui.

Mais il a ses problèmes. En partie à cause de la décohérence, les informations quantiques ne peuvent pas simplement être copiées et envoyées sur un réseau traditionnel. La téléportation quantique offre une alternative.

Bien qu’il ne puisse pas déplacer des objets d’un endroit à un autre, il peut déplacer des informations en utilisant une propriété quantique appelée “entrelacement”: un changement d’état d’un système quantique affecte instantanément l’état d’un autre système quantique distant.

“Une fois que vous êtes coincé, vous ne pouvez plus décrire ces états séparément”, a déclaré le Dr Northup. « Fondamentalement, c’est un système maintenant.

Ces systèmes entrelacés peuvent être des électrons, des particules de lumière ou d’autres objets. Aux Pays-Bas, le Dr Hanson et son équipe ont utilisé un soi-disant centre de vacance d’azote – un petit espace vide dans un diamant synthétique où les électrons peuvent être piégés.

L’équipe a construit trois de ces systèmes quantiques, appelés Alice, Bob et Charlie, et les a connectés à des circuits à fibre optique. Les scientifiques peuvent ensuite envelopper ces systèmes en envoyant des photons individuels – des particules de lumière – entre eux.

Tout d’abord, les scientifiques ont mélangé deux électrons, un pour Alice et un pour Bob. En fait, les électrons ont reçu le même spin et ont donc fusionné ou collé dans un état quantique commun, chacun stockant la même information : une combinaison spécifique de 1 et 0.

Les chercheurs peuvent ensuite transférer cet état quantique à un autre noyau de carbone à l’intérieur du diamant synthétique de Bob, le noyau de carbone. Il a libéré l’électron de Bob, et les scientifiques ont alors pu l’envelopper dans un autre électron appartenant à Charlie.

En effectuant une opération quantique spécifique sur les deux coudées de Bob – l’électron et le noyau de carbone – les chercheurs ont ensuite pu coller deux tissages ensemble : Alice plus Bob colle à Bob et Charlie.

Le résultat : Alice était coincée avec Charlie, ce qui a permis aux données d’être téléportées vers les trois nœuds.

Si les données se déplacent de cette manière sans parcourir réellement la distance entre les nœuds, elles ne peuvent pas être perdues. “Les informations peuvent être saisies d’un côté de la connexion, puis affichées de l’autre côté”, a déclaré le Dr Hanson.

Les informations ne peuvent pas être interceptées. Le futur Internet quantique pour la téléportation quantique pourrait offrir un nouveau type de cryptage théoriquement incassable.

Dans la nouvelle expérience, les nœuds du réseau n’étaient pas si éloignés – à seulement 60 pieds environ. Cependant, des expériences antérieures ont montré que les systèmes quantiques peuvent être intégrés sur de longues distances.

Après plusieurs années de recherche, la téléportation quantique devrait être viable sur de nombreux kilomètres. “Nous essayons de le faire en dehors du laboratoire maintenant”, a déclaré le Dr Hanson.

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