Il devient possible de transmettre des signaux quantiques à des satellites depuis la Terre

De nouvelles recherches montrent qu’il est possible d’envoyer des signaux quantiques depuis la Terre vers un satellite, ouvrant ainsi la voie à des réseaux de communication quantique plus puissants.

Les satellites quantiques transmettent actuellement des particules de lumière intriquées depuis l’espace vers différentes stations terrestres pour des communications ultra-sécurisées. De nouvelles recherches montrent qu’il est également possible d’envoyer ces signaux vers le haut, de la Terre vers un satellite, ce qui était autrefois considéré comme irréalisable.

Cette avancée majeure permet de surmonter les obstacles importants qui entravent actuellement les communications quantiques par satellite. Les émetteurs des stations terrestres peuvent accéder à une puissance plus importante, sont plus faciles à entretenir et pourraient générer des signaux beaucoup plus puissants, ce qui permettrait à l’avenir de créer des réseaux informatiques quantiques utilisant des relais satellites.

L’étude intitulée « Quantum entanglement distribution via uplink satellite channels » (Distribution d’intrication quantique via des canaux satellites ascendants), réalisée par le professeur Simon Devitt, le professeur Alexander Solntsev et les doctorants Srikara S et Hudson Leone de l’Université de technologie de Sydney (UTS), a récemment été publiée dans la revue Physical Review Research.

La Chine a lancé le satellite Micius en 2016, qui a permis les premières expériences de transmission d’informations cryptées par quantum depuis l’espace. En 2025, le microsatellite Jinan-1 a prolongé ces progrès avec une liaison quantique de 12 900 km entre la Chine et l’Afrique du Sud.

« Les satellites quantiques actuels créent des paires intriquées dans l’espace, puis envoient chaque moitié de la paire vers deux endroits sur Terre, ce qu’on appelle une « liaison descendante », précise le professeur Solntsev. « Cette technique est principalement utilisée pour la cryptographie, où seuls quelques photons (particules de lumière) sont nécessaires pour générer une clé secrète. »

L’idée inverse, qui consiste à créer des paires de photons intriqués au sol et à les envoyer vers un satellite, n’avait pas été prise au sérieux. On pensait qu’une approche « liaison montante » ne fonctionnerait pas en raison de la perte de signal, des interférences et de la dispersion.

« L’idée est de tirer deux particules de lumière individuelles depuis des stations terrestres distinctes vers un satellite en orbite à 500 km au-dessus de la Terre, se déplaçant à environ 20 000 km/h, afin qu’elles se rencontrent parfaitement pour subir une interférence quantique. Est-ce seulement possible ? », s’interroge le professeur Devitt.

« Étonnamment, notre modélisation a montré qu’une liaison montante était faisable. Nous avons pris en compte des effets réels tels que la lumière ambiante provenant de la Terre et les reflets du soleil sur la Lune, les effets atmosphériques et l’alignement imparfait des systèmes optiques », a-t-il déclaré.

Les chercheurs suggèrent que le concept de liaison montante pourrait être testé dans un avenir proche à l’aide de drones ou de récepteurs montés sur des ballons, ouvrant la voie à de futurs réseaux quantiques entre pays et continents utilisant de petits satellites en orbite basse.

« Un Internet quantique est très différent des applications cryptographiques naissantes actuelles. Le mécanisme principal est le même, mais il faut beaucoup plus de photons – plus de bande passante – pour connecter les ordinateurs quantiques », a ajouté le professeur Devitt.

« La méthode de liaison montante pourrait fournir cette bande passante. Le satellite n’a besoin que d’une unité optique compacte pour interférer avec les photons entrants et rapporter le résultat, plutôt que d’un matériel quantique pour produire les trillions et trillions de photons par seconde nécessaires pour compenser les pertes au sol, ce qui permet une liaison quantique à haut débit. Cela permet de réduire les coûts et la taille et rend l’approche plus pratique. »

« À l’avenir, l’intrication quantique sera un peu comme l’électricité. Une matière première dont nous parlons et qui alimente d’autres choses. Elle est générée et transmise d’une manière souvent invisible pour l’utilisateur ; nous branchons simplement nos appareils et l’utilisons. Il en sera finalement de même pour les grands réseaux d’intrication quantique. Il existera des dispositifs quantiques qui se brancheront à une source d’intrication ainsi qu’à une source d’alimentation, utilisant les deux pour faire quelque chose d’utile »

Le projet rassemble des experts de la faculté d’ingénierie et d’informatique et de la faculté des sciences de l’UTS, combinant leurs forces dans les domaines des réseaux quantiques, de la modélisation des systèmes et de la photonique. Il met en évidence la manière dont la collaboration interfacultaire à l’UTS permet de trouver des solutions aux grands défis technologiques.

Article : « Quantum entanglement distribution via uplink satellite channels » – DOI : 10.1103/v3p1-kz4h

Source : UTS