Le premier réseau quantique multinœuds ouvre la voie à l’internet quantique

Le premier réseau quantique multinœuds ouvre la voie à l'internet quantique

Des chercheurs des Pays-Bas ont réussi à connecter trois processeurs quantiques distincts dans ce qui est effectivement le premier réseau quantique multi-nœuds au monde. Cela ouvre la voie à un internet quantique à grande échelle dont les gouvernements et les scientifiques rêvent depuis des décennies.

QuTech, un institut de recherche quantique basé à Delft, a publié de nouveaux travaux dans lesquels trois nœuds pouvant stocker et traiter des bits quantiques (également appelés qubits) ont été reliés. Il s’agit, selon les chercheurs de QuTech, du premier réseau quantique rudimentaire au monde.

La connexion de dispositifs quantiques n’est en rien une nouveauté : de nombreux chercheurs dans le monde travaillent actuellement sur des réseaux similaires, mais n’ont réussi jusqu’à présent qu’à relier deux processeurs quantiques. L’établissement d’une connexion multi-nœuds est donc une étape clé pour étendre considérablement la taille du réseau.

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L’internet quantique ouvrira la voie à des applications inédites

L’objectif de créer un internet quantique qui pourrait un jour s’étendre sur toute la surface de la planète est à l’origine d’une grande partie des efforts de recherche. L’internet quantique exploiterait les lois étranges de la mécanique quantique pour permettre aux dispositifs quantiques de communiquer entre eux et devrait débloquer une série d’applications qui ne peuvent être exécutées avec les moyens classiques existants.

Par exemple, l’internet quantique pourrait relier entre eux de petits dispositifs quantiques pour créer un grand cluster quantique doté d’une puissance de calcul supérieure à celle des superordinateurs classiques les plus sophistiqués.

« Un internet quantique ouvrira la voie à toute une série d’applications inédites, allant de la communication non piratable et de l’informatique en cloud avec une confidentialité totale pour les utilisateurs à la mesure du temps de haute précision », a déclaré Matteo Pompili, membre de l’équipe de recherche de QuTech. « Et comme pour l’internet il y a 40 ans, il y a probablement de nombreuses applications que nous ne pouvons pas prévoir pour le moment. »

Un système basé sur des nœuds intermédiaires

L’une des propriétés quantiques clés qui sous-tend l’internet quantique est l’intrication – un phénomène qui se produit lorsque deux particules quantiques sont couplées de telle manière qu’elles deviennent fondamentalement connectées, quelle que soit la distance physique qui les sépare.

Lorsque deux particules quantiques sont intriquées, leurs propriétés deviennent liées, ce qui signifie que tout changement apporté à l’une des particules se répercutera inévitablement sur l’autre. Dans le domaine des communications quantiques, cela signifie que les scientifiques pourraient effectivement utiliser des particules intriquées pour “téléporter” des informations d’un qubit à sa paire couplée, même si les deux se trouvent dans des dispositifs quantiques distincts.

Toutefois, pour que le système tienne la route, l’intrication doit d’abord être établie et maintenue. Au cours de la dernière décennie, de nombreux groupes de recherche y sont parvenus, généralement en créant un lien physique entre deux dispositifs quantiques. Grâce à ce lien, souvent une fibre optique, des qubits peuvent être créés, enchevêtrés puis distribués entre deux dispositifs quantiques distincts.

Mais deux nœuds suffisent à peine à créer un réseau à grande échelle ; et dans une fibre optique, par exemple, l’intrication ne peut être maintenue après une centaine de kilomètres, ce qui signifie que les réseaux quantiques mis en place jusqu’à présent ont été limités par la courte distance qu’ils peuvent couvrir. C’est pourquoi l’équipe de recherche de QuTech a développé un système basé sur des nœuds intermédiaires, semblables aux routeurs de l’internet classique, qui pourrait maintenir l’intrication sur de plus grandes distances.

Bob, Alice et Charlie

L’architecture que les scientifiques ont révélée est apparemment simple. Un nœud central, appelé Bob, a une connexion physique avec deux nœuds extérieurs, appelés Alice et Charlie. Cela signifie qu’une intrication peut être établie entre Bob et chacun des nœuds extérieurs.

Bob est équipé de deux qubits, dont un qubit de mémoire qui permet au dispositif de stocker un lien quantique établi, par exemple avec Alice, tout en créant, grâce à son qubit de communication, un nouveau lien avec l’autre nœud – dans ce scénario, avec Charlie. Une fois les deux liens avec les nœuds extérieurs créés, Bob connecte localement ses deux qubits, ce qui crée un réseau entièrement connecté avec intrication entre les trois nœuds. Cela signifie qu’un lien quantique peut être établi entre Alice et Charlie, même sans lien physique direct entre les deux nœuds.

L’équipe de QuTech a également développé un premier protocole de réseau quantique, avec un signal de drapeau indiquant que chaque opération s’est déroulée avec succès. « Le principal avantage de cette démonstration est que nous avons un moyen évolutif de relier plusieurs nœuds dans un réseau », explique à ZDNet Ronald Hanson, qui a dirigé l’équipe de recherche. « Nous avons une mémoire qui peut stocker l’état d’intrication pendant que la nouvelle intrication est préparée. Et nous avons des signaux annonciateurs qui nous disent quand l’intrication a été créée avec succès. »

Banc d’essai

« Cela nous a permis de réaliser un enchevêtrement entre les trois nœuds qui est prêt à être utilisé pour un traitement ultérieur ou d’autres protocoles. C’est la première fois que cela a été réalisé dans un réseau quantique. »

Le nouveau réseau fournira un banc d’essai pour développer de nouveaux matériels, logiciels et protocoles pour l’internet quantique. Mais l’expérience devra également évoluer d’une preuve de concept vers une solution réalisable afin de mettre à l’échelle les réseaux quantiques.

En effet, les chercheurs ont jusqu’à présent “seulement” connecté des qubits uniques et séparés, plutôt que des processeurs quantiques. Ils vont maintenant s’attacher à ajouter davantage de qubits à leur réseau à trois nœuds et à ajouter des couches logicielles et matérielles de plus haut niveau. Mais à l’avenir, l’équipe espère que l’approche actuelle pourra être testée en dehors du laboratoire sur des fibres de télécommunication existantes.

« Le futur internet quantique sera constitué d’innombrables dispositifs quantiques et de nœuds intermédiaires », explique Ronald Hanson. « Les collègues de QuTech étudient déjà la compatibilité future avec les infrastructures de données existantes. »

Soutien de l’Alliance européenne pour l’internet quantique

Les recherches de QuTech sont soutenues par l’Alliance européenne Quantum Internet, qui fait partie du programme Quantum Flagship du bloc, doté d’un milliard d’euros sur dix ans – une initiative lancée en 2018 pour stimuler la recherche et le développement quantiques.

L’UE est loin d’être la seule à promouvoir le développement de l’internet quantique. La Chine et les États-Unis sont tout aussi intéressés par l’avancement des réseaux quantiques, et ont déjà franchi des étapes importantes dans ce domaine. Des scientifiques chinois, par exemple, ont récemment établi une intrication sur une distance record de 1 200 kilomètres.

Plus tôt cette année, des scientifiques des Cleland Labs aux États-Unis ont également réussi pour la première fois à enchevêtrer deux qubits distincts en les reliant par un câble, une autre avancée qui devrait accélérer la création de réseaux quantiques.

Source : ZDNet.com

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