Les réseaux quantiques sont la clé de la communication de demain
Publié par Redbran le 04/04/2018 à 12:00
Source: © Union européenne, [2018] / CORDIS

Vue d'artiste d'un système de génération de deux photons intriqués. Illustration Wikimedia Commons
La mécanique quantique serait-elle la clé du développement d'une communication ultra-rapide et de nouvelle génération ? Un projet financé par Marie Curie (Maria Sk?odowska-Curie (née à Varsovie le 7 novembre 1867 et décédée à Sancellemoz le 4 juillet 1934), connue en France sous le nom de Marie Curie, est une...) a réalisé des avancées considérables pour essayer de répondre à cette question.

Le projet SIPHON, financé par L'UE, a créé avec succès des photons uniques à la demande et démontré au cours d'expériences liées à un phénomène quantique spécifique que ces particules peuvent être plus performantes que les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement...) naturels. Cette découverte pourrait avoir des conséquences importantes sur le monde (Le mot monde peut désigner :) avant-gardiste de la communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications, nouvelles technologies...), ainsi que leurs...) quantique.

"La société d'aujourd'hui est basée sur l'accès rapide à l'information", a déclaré le coordonnateur du projet SIPHON, Klaus Jöns, du KTH Royal Institute of Technology en Suède. "Avoir une longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet...) d'avance sur l'information s'avère capital dans les affaires, la finance, la politique et la sécurité. La plupart de nos échanges d'informations se font maintenant bien sûr par Internet (Internet est le réseau informatique mondial qui rend accessibles au public des services variés comme le courrier électronique, la messagerie instantanée et le World Wide...), mais ce moyen de communication a des limites. En outre, le transfert des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...) n'est pas sécurisé".

Les réseaux futurs

Le projet de Jöns, financé par l'UE, a exploré le monde fascinant et mystérieux de la mécanique quantique (Fille de l'ancienne théorie des quanta, la mécanique quantique constitue le pilier d'un ensemble de théories physiques qu'on regroupe sous...) pour déterminer la faisabilité d'un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on...) futur (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) capable de traiter des volumes massifs de flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans les domaines...) de données. "L'idée est qu'au niveau quantique, nous puissions encoder des informations sur le plus petit quanta d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.), une seule particule de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm...) appelée photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction se traduit d'un point de vue...)", explique-t-il. "Cela permettrait non seulement de réduire la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur...) d'énergie nécessaire pour le transfert de l'information, mais également une communication totalement sécurisée grâce aux principes de la mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref,...) quantique."

Le projet portait spécifiquement sur un phénomène quantique connu sous le nom de non-localité. Cet effet mécanique quantique est déjà bien connu, et plusieurs expériences ont été effectuées, impliquant habituellement deux photons intriqués. Une mesure projective sur un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction se...) effondre instantanément l'état de l'autre photon intriqué à un endroit éloigné. Cependant, la non-localité d'une particule unique, en particulier d'un photon unique, suscite une question fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.): un photon unique peut-il être simultanément à des endroits différents?

"La non-localité, décrite en son temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) par Albert Einstein (Albert Einstein (né le 14 mars 1879 à Ulm, Wurtemberg, et mort le 18 avril 1955 à Princeton, New Jersey) est un physicien qui fut successivement allemand, puis apatride...) comme "des actions sinistres à distance", se produit lorsque des particules séparées dans l'espace sont instantanément influencées par une action qui se déroule dans une partie du système et à un endroit", explique Jöns. "Dans le cadre de ce projet, notre objectif est de déterminer si les sources modernes de lumière quantique semi-conductrices à l'échelle nanométrique pouvaient démontrer la non-localité dans les photons."

Les atomes artificiels

Jöns et son équipe ont utilisé des dispositifs nanométriques, également appelés atomes artificiels, au cours de leurs expériences et ont démontré que ceux-ci sont effectivement d'excellentes sources de photons uniques. Ces atomes artificiels sont également plus performants que les atomes naturels dans de nombreux cas. "Ces sources de lumière quantique semi-conductrices à l'échelle nanométrique présentaient les plus faibles émissions multi-photons dont on peut se passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.)", poursuit Jöns. "Elles peuvent également être utilisées pour générer des paires de photons intriqués déterministes."

Cette nouvelle méthode de génération de paires de photons intriqués, à la demande, pourrait aider à accélérer la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...). L'équipe du projet a également découvert que ces émetteurs quantiques "clignotaient", ce qui signifie qu'ils n'émettent parfois pas de lumière. Cette découverte, affirme Jöns, devrait être prise en compte lors du développement d'applications futures dans les communications quantiques.

S'il est clair que les photons uniques et intriqués sont des composantes essentielles de la construction de réseaux quantiques, Jöns souligne qu'une recherche beaucoup plus fondamentale est nécessaire pour identifier les meilleures sources lumineuses quantiques répondant aux besoins les plus strictes.

"Ce projet Marie Curie m'a permis de construire (Le permis de construire ou permis de construction est un document officiel qui autorise la construction ou la rénovation d'un bâtiment à usage d'habitation,...) mon propre réseau de collaborateurs", déclare-t-il. "C'était une étape importante qui m'a aidé à devenir plus indépendant et à constituer mon propre portefeuille de recherche. Cette étape m'a également offert un environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques...) de recherche unique avec une excellente supervision et un excellent encadrement, ce qui dans mon cas était assuré par le professeur Val Zwiller de KTH Stockholm."
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