Un amplificateur parfait pour un futur ordinateur quantique ?

Les chercheurs de l'Institut national d'optique (Ino-Cnr) sont parvenus à augmenter l'intensité d'impulsions lumineuses extrêmement faibles sans introduire aucun bruit additionnel. Ce système "Hi-Fi quantique", basé sur la manipulation ultra-précise de la lumière à l'échelle du photon, a battu tous les records en termes de réduction des perturbations.

L'équipe à l'origine de ce succès est composée de chercheurs de l'Ino-Cnr de Florence et de l'Université tchèque d'Olomouc et leurs résultats ont été publiés dans la revue Nature Photonics. Le grand progrès qu'apporte leur travail, est l'amplification du signal sans amplifier le bruit original et sans ajouter aucun autre bruit. Le prototype semble "violer" les lois de la mécanique quantique, en s'approchant de la réalisation d'un ordinateur quantique.

"Disposer d'un 'amplificateur parfait' permettrait de réaliser des communications quantiques sûres à grande échelle, proches du 'rêve' d'un ordinateur quantique", explique Marco Bellini de l'Ino-Cnr qui a expérimenté le prototype en collaboration avec son collègue de l'Institut Alessandro Zavatta et avec Jaromir Fiurasek de l'Université tchèque d'Olomouc. "Notre amplificateur semble violer les lois de la mécanique quantique [...]. Le résultat est basé sur des techniques que nous avons mises au point, d'addition et de soustraction contrôlée de simples photons, les particules fondamentales et indivisibles dont est composée la lumière." L'exceptionnalité de la découverte est compréhensible à l'échelle de la vie de tous les jours. "Si on augmente le volume d'une transmission brouillée, on amplifie aussi le bruit, et le signal reste donc de la même qualité", rappelle le chercheur. "Même si normalement nous ne nous en rendons pas compte, à chaque fois que nous amplifions un signal, nous rajoutons aussi inévitablement un léger bruit additionnel, diminuant ainsi la qualité du signal. [...]"

Nous ne nous en rendons pas compte tellement ce bruit ajouté est faible par rapport à l'amplitude du signal, mais les choses changent lorsque les signaux à amplifier sont extrêmement faibles et les perturbations causées par l'amplification les rendent pratiquement inutilisables. "C'est par exemple le cas des schémas de communication intrinsèquement fiables basés sur la 'cryptographie quantique' ", poursuit Bellini, "dans une telle situation, l'effet est très utile puisqu'à chaque tentative d'interception et de copie du message, un bruit additionnel est produit de telle sorte que la tentative soit immédiatement découverte. Dans de nombreux autres cas, l'impossibilité d'amplifier fidèlement un signal constitue une grande limitation, par exemple sur la distance du signal avant que l'atténuation le rende trop faible."

Cette recherche permettra notamment d'effectuer de nouveaux types de mesures ultra-sensibles, de réaliser des répétiteurs quantiques pour reconstruire les impulsions les plus faibles des réseaux de communication et d'amplifier le fameux "entanglement", la forme particulière de corrélation entre particules distantes qu'Einstein ne réussissait pas à admettre mais qui est pourtant à la base des concepts les plus avancés d'ordinateurs quantiques.