La question de savoir si la communication quantique pourrait s’intégrer aux infrastructures existantes de l’Internet a longtemps intrigué les scientifiques. Une récente démonstration par des ingénieurs américains pourrait changer la donne, en montrant que la téléportation quantique est réalisable même sur des câbles à fibre optique déjà utilisés pour le trafic Internet. Cette avancée éclaire d’un jour nouveau les possibilités de fusion entre technologies classiques et quantiques.
Les ingénieurs de l’Université Northwestern ont été les premiers à démontrer avec succès la téléportation quantique sur un câble à fibre optique transportant déjà le trafic Internet. Leur découverte, publiée dans le journal Optica, suggère une nouvelle possibilité : combiner la communication quantique avec les câbles Internet existants, simplifiant ainsi l’infrastructure nécessaire pour les technologies de détection avancées ou les applications de calcul quantique.
« C’est extrêmement excitant car personne ne pensait que c’était possible », a indiqué Prem Kumar, qui a dirigé l’étude à l’Université Northwestern. « Notre travail montre comment les réseaux quantiques et classiques de prochaine génération pourraient partager une infrastructure optique unifiée. En résumé, il nous permet d’élever les communications quantiques à un niveau supérieur. »
Prem Kumar, expert en communication quantique, est professeur d’ingénierie électrique et informatique à l’École d’ingénierie McCormick de Northwestern, où il dirige le Centre pour la communication et l’informatique photonique.
Le fonctionnement de la téléportation quantique
La téléportation quantique n’est limitée que par la vitesse de la lumière, permettant un partage d’informations ultra-rapide et sécurisé entre utilisateurs distants sans transmission directe. Le processus repose sur l’intrication quantique, une technique où deux particules sont liées, indépendamment de la distance qui les sépare. Plutôt que de transporter physiquement des particules pour transmettre des informations, les particules intriquées échangent des informations sur de grandes distances sans les transporter physiquement.
« Dans les communications optiques, tous les signaux sont convertis en lumière », a expliqué Prem Kumar. « Alors que les signaux conventionnels pour les communications classiques comportent typiquement des millions de particules de lumière, l’information quantique utilise des photons uniques. »
« En effectuant une mesure destructive sur deux photons — l’un portant un état quantique et l’autre intriqué avec un autre photon — l’état quantique est transféré sur le photon restant, qui peut être très éloigné », a affirmé Jordan Thomas, candidat au doctorat dans le laboratoire de Kumar et premier auteur de l’article. « Le photon lui-même n’a pas besoin d’être envoyé sur de longues distances, mais son état finit par être codé sur le photon distant. La téléportation permet l’échange d’informations sur de grandes distances sans nécessiter que l’information elle-même voyage cette distance. »
Trouver le chemin de la lumière
Avant cette étude, de nombreux chercheurs doutaient de la possibilité de la téléportation quantique dans des câbles transportant des communications classiques. Les photons intriqués risquaient de se perdre parmi les millions d’autres particules de lumière, une situation comparable à celle d’un vélo fragile tentant de naviguer dans un tunnel encombré par des camions lourds roulant à grande vitesse.
Prem Kumar et son équipe ont néanmoins trouvé un moyen de protéger les photons délicats du trafic intense. Après avoir étudié en profondeur la manière dont la lumière se disperse dans les câbles à fibre optique, ils ont identifié une longueur d’onde moins fréquentée pour placer leurs photons. De plus, ils ont ajouté des filtres spéciaux pour réduire le bruit provenant du trafic Internet régulier.
« Nous avons minutieusement étudié comment la lumière se disperse et avons placé nos photons à un point judicieux où le mécanisme de dispersion est minimisé », a précisé le scientifique. « Nous avons découvert que nous pouvions effectuer une communication quantique sans interférence des canaux classiques présents simultanément. »
Pour tester leur méthode, les chercheurs ont mis en place un câble à fibre optique de 30 kilomètres avec un photon à chaque extrémité. Ils ont ensuite envoyé simultanément des informations quantiques et du trafic Internet à haute vitesse à travers le câble. Enfin, ils ont mesuré la qualité des informations quantiques à l’extrémité réceptrice tout en exécutant le protocole de téléportation par des mesures quantiques au point médian. Les chercheurs ont constaté que les informations quantiques étaient transmises avec succès, même avec le trafic Internet passant à grande vitesse.
« Bien que de nombreux groupes aient étudié la coexistence des communications quantiques et classiques dans les fibres, ce travail est le premier à montrer la téléportation quantique dans ce nouveau scénario », a mentionné Jordan Thomas. « Cette capacité d’envoyer des informations sans transmission directe permet des applications quantiques encore plus avancées sans nécessiter de fibre dédiée. »
Des perspectives à venir
Prem Kumar prévoit d’étendre les expériences sur des distances plus grandes. Il envisage également d’utiliser deux paires de photons intriqués — au lieu d’une seule — pour démontrer l’échange d’intrication, une autre étape importante vers des applications quantiques distribuées. Enfin, son équipe explore la possibilité de réaliser des expériences sur des câbles optiques enterrés dans le monde réel plutôt que sur des bobines en laboratoire.
« La téléportation quantique a la capacité de fournir une connectivité quantique sécurisée entre des nœuds géographiquement éloignés », a conclu Prem Kumar. « Mais beaucoup ont longtemps supposé que personne ne construirait une infrastructure spécialisée pour envoyer des particules de lumière. Si nous choisissons correctement les longueurs d’onde, nous n’aurons pas à construire de nouvelles infrastructures. Les communications classiques et quantiques peuvent coexister. »
Légende illustration : Des ingénieurs du Northwestern ont réussi à démontrer la téléportation quantique sur un câble à fibre optique transportant déjà du trafic Internet, introduisant ainsi la nouvelle possibilité de combiner la communication quantique avec les câbles Internet existants.
