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Cette avancée démontre que les réseaux quantiques pourraient un jour coexister avec l'internet classique, ouvrant la voie à des applications encore jamais vues.
Un nœud du réseau quantique, situé à environ un kilomètre de la source sur câble Verizon.
Crédit: Sylvia Zhang
Au cœur de cette innovation se trouve une puce minuscule appelée "Q-chip", qui gère à la fois les données quantiques et classiques. Elle fonctionne avec le langage IP standard, permettant de router les informations de manière similaire à l'internet traditionnel. Les signaux quantiques reposent sur des particules "intriquées", un phénomène où deux particules sont liées de telle sorte qu'une action sur l'une affecte instantanément l'autre, même à distance. Cette propriété pourrait permettre à des ordinateurs quantiques de se connecter et de partager leur puissance de calcul.
L'un des enjeux majeurs était de préserver l'état quantique fragile lors de la transmission, car toute mesure directe le détruit. L'équipe a contourné ce problème en envoyant un signal classique juste avant le signal quantique, agissant comme une locomotive tirant des wagons scellés. Le signal classique, mesurable sans dommage, guide le paquet entier grâce aux protocoles IP, tandis que l'information quantique reste intacte et protégée.
Les conditions réelles des réseaux commerciaux, avec leurs variations de température et vibrations, menacent habituellement les signaux quantiques. Les chercheurs ont développé une méthode de correction d'erreurs innovante: en analysant les perturbations sur le signal classique, ils déduisent et appliquent les corrections nécessaires au signal quantique sans le mesurer. Cette approche a maintenu une fidélité de transmission supérieure à 97 % lors des tests.
Bien que limité à une connexion entre deux bâtiments sur un kilomètre, ce système ouvre des perspectives d'expansion. La puce, fabriquée en silicium avec des techniques standards, pourrait être produite en masse et intégrée aux infrastructures existantes. Pour étendre le réseau au-delà des zones métropolitaines, il faudra surmonter l'impossibilité actuelle d'amplifier les signaux quantiques sans briser leur intrication.
Cette avancée rappelle les débuts de l'internet classique, où les connexions entre universités ont initié une transformation mondiale. Un internet quantique pourrait un jour permettre des calculs distribués ultra-rapides, des simulations de molécules pour la médecine, ou une intelligence artificielle plus efficace. Les travaux, publiés dans Science, marquent une étape clé vers un futur où quantique et classique coexistent.
Intrication quantique
L'intrication quantique est un phénomène où deux particules, comme des photons, deviennent si étroitement liées que l'état de l'une influence instantanément l'autre, peu importe la distance qui les sépare. Albert Einstein l'avait surnommée "action fantomatique à distance" en raison de son caractère contre-intuitif.
Contrairement aux communications classiques, qui reposent sur des signaux se déplaçant à la vitesse de la lumière, l'intrication semble opérer plus rapidement, bien que cela ne permette pas de transmettre de l'information plus vite que la lumière.
Dans les réseaux quantiques, l'intrication est utilisée pour lier des processeurs quantiques distants. Cependant, maintenir cet état délicat nécessite des environnements contrôlés, car toute interaction avec le monde extérieur peut le briser.
Les applications potentielles incluent la cryptographie quantique, où les clés de chiffrement sont générées de manière ultra-sécurisée, et le calcul distribué, où plusieurs ordinateurs quantiques collaborent pour résoudre des problèmes insolubles avec les technologies actuelles.