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 (Marie Curie (née Maria Skłodowska le 7 novembre 1867 à Varsovie, Pologne...) 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...) 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,...) 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...) 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...), 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...) 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 (La mécanique quantique est la branche de la physique qui a pour but d'étudier et de...) pour déterminer la faisabilité d'un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) 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...) 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...), une seule particule de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) appelée photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction...)", explique-t-il. "Cela permettrait non seulement de réduire la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) 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...) 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 (souvent symbolisé par la lettre γ — gamma)...) 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...) par Albert Einstein (Albert Einstein (né le 14 mars 1879 à Ulm, Wurtemberg, et mort le...) 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...)", 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...). 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...) 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...) 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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