Les chercheurs ont établi le réseau à l'aide d'un système complexe de lasers. (Marieke de Lorijn/QuTech) Les scientifiques se sont rapprochés d'un autant qu'internet en créant le premier réseau quantique multinœud au monde.
Des chercheurs du centre de recherche QuTech aux Pays-Bas ont créé le système, composé de trois nœuds quantiques enchevêtrés par les lois effrayantes de mécanique quantique qui régissent les particules subatomiques. C'est la première fois que plus de deux bits quantiques, ou « qubits », qui effectuent les calculs dans l'informatique quantique ont été reliés entre eux en tant que « nœuds » ou points de terminaison du réseau.
Les chercheurs s'attendent à ce que les premiers réseaux quantiques débloquent une multitude d'applications informatiques qui ne peuvent pas être exécutées par les appareils classiques existants - comme un calcul plus rapide et une cryptographie améliorée.
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'Cela nous permettra de nous connecter ordinateurs quantiques pour plus de puissance de calcul, créez des réseaux inviolables et connectez des horloges atomiques et des télescopes avec des niveaux de coordination sans précédent », a déclaré à Live Science Matteo Pompili, membre de l'équipe de recherche QuTech qui a créé le réseau à l'Université de technologie de Delft aux Pays-Bas.
«Il existe également de nombreuses applications que nous ne pouvons pas vraiment prévoir. L'une pourrait consister à créer un algorithme qui organisera des élections de manière sécurisée, par exemple.
De la même manière que le bit informatique traditionnel est l'unité de base de l'information numérique, le qubit est l'unité de base de l'information quantique. Comme le bit, le qubit peut être un 1 ou un 0, qui représentent deux positions possibles dans un système à deux états.
Mais c'est à peu près là que s'arrêtent les similitudes. Grâce aux lois bizarres du monde quantique, le qubit peut exister dans une superposition des états 1 et 0 jusqu'au moment où il est mesuré, lorsqu'il s'effondrera au hasard en un 1 ou un 0. Ce comportement étrange est la clé à la puissance de l'informatique quantique, car elle permet à un qubit d'effectuer plusieurs calculs simultanément.
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Le plus grand défi pour relier ces qubits ensemble dans un réseau quantique consiste à établir et à maintenir un processus appelé enchevêtrement , ou quoi Albert Einstein surnommée «action effrayante à distance».
C'est à ce moment que deux qubits deviennent couplés, liant leurs propriétés de sorte que tout changement dans une particule entraînera un changement dans l'autre, même s'ils sont séparés par de grandes distances.
Vous pouvez emmêler les nœuds quantiques de nombreuses façons, mais une méthode courante fonctionne en emmêlant d'abord les qubits stationnaires (qui forment les nœuds du réseau) avec des photons, ou des particules de lumière, avant de tirer les photons les uns sur les autres. Lorsqu'ils se rencontrent, les deux photons s'enchevêtrent également, enchevêtrant ainsi les qubits. Cela lie les deux nœuds fixes qui sont séparés par une distance. Toute modification apportée à l'un se traduit par une modification instantanée de l'autre.
'Une action effrayante à distance' permet aux scientifiques de modifier l'état d'une particule en modifiant l'état de son partenaire intriqué distant, téléportant efficacement des informations à travers de grandes lacunes.
Mais maintenir un état d'intrication est une tâche difficile, d'autant plus que le système intriqué risque toujours d'interagir avec le monde extérieur et d'être détruit par un processus appelé décohérence.
Cela signifie, premièrement, que les nœuds quantiques doivent être maintenus à des températures extrêmement froides à l'intérieur de dispositifs appelés cryostats pour minimiser les risques que les qubits interfèrent avec quelque chose en dehors du système. Deuxièmement, les photons utilisés dans l'intrication ne peuvent pas parcourir de très longues distances avant d'être absorbés ou diffusés, détruisant ainsi le signal envoyé entre deux nœuds.
«Le problème est que, contrairement aux réseaux classiques, vous ne pouvez pas amplifier les signaux quantiques. Si vous essayez de copier le qubit, vous détruisez la copie originale », a déclaré Pompili, faisant référence au « théorème de non-clonage » de la physique, qui stipule qu'il est impossible de créer une copie identique d'un état quantique inconnu.
«Cela limite vraiment les distances sur lesquelles nous pouvons envoyer des signaux quantiques à des dizaines de centaines de kilomètres. Si vous souhaitez établir une communication quantique avec quelqu'un à l'autre bout du monde, vous aurez besoin de nœuds relais entre les deux.
Pour résoudre le problème, l'équipe a créé un réseau à trois nœuds, dans lequel les photons 'passent' essentiellement l'enchevêtrement d'un qubit à l'un des nœuds externes à un au nœud central. Le nœud central a deux qubits - un pour acquérir un état intriqué et un pour le stocker.
Une fois que l'intrication entre un nœud externe et le nœud intermédiaire est stockée, le nœud intermédiaire enchevêtre l'autre nœud externe avec son qubit de réserve. Avec tout cela fait, le nœud du milieu enchevêtre ses deux qubits, provoquant l'enchevêtrement des qubits des nœuds externes.
Mais la conception de cette étrange rotation mécanique quantique sur le « puzzle traversant la rivière » classique était le moindre des problèmes des chercheurs - une idée étrange, bien sûr, mais pas trop délicate. Pour fabriquer les photons intriqués et les transmettre aux nœuds de la bonne manière, les chercheurs ont dû utiliser un système complexe de miroirs et de lumière laser. La partie la plus difficile était le défi technologique consistant à réduire le bruit gênant dans le système, ainsi qu'à s'assurer que tous les lasers utilisés pour produire les photons étaient parfaitement synchronisés.
'Nous parlons d'avoir trois à quatre lasers pour chaque nœud, vous commencez donc à avoir 10 lasers et trois cryostats qui doivent tous fonctionner en même temps, ainsi que toute l'électronique et la synchronisation', a déclaré Pompili.
Le système à trois nœuds est particulièrement utile car le qubit de mémoire permet aux chercheurs d'établir un enchevêtrement à travers le réseau nœud par nœud, plutôt que l'exigence plus exigeante de tout faire en même temps. Dès que cela est fait, les informations peuvent être diffusées sur le réseau.
Certaines des prochaines étapes des chercheurs avec leur nouveau réseau consisteront à tenter de diffuser ces informations, ainsi qu'à améliorer les composants essentiels des capacités informatiques du réseau afin qu'ils puissent fonctionner comme le font les réseaux informatiques ordinaires. Toutes ces choses détermineront l'échelle que le nouveau réseau quantique pourrait atteindre.
Ils veulent également voir si leur système leur permettra d'établir un enchevêtrement entre Delft et La Haye, deux villes néerlandaises distantes d'environ 10 kilomètres.
'En ce moment, tous nos nœuds sont à moins de 10 à 20 mètres [32 à 66 pieds] les uns des autres', a déclaré Pompili. « Si vous voulez quelque chose d'utile, vous devez aller au kilomètre. Ce sera la première fois que nous allons faire le lien entre de longues distances.
Les chercheurs ont publié leurs conclusions le 16 avril dans la revue La science .
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Cet article a été initialement publié par Sciences en direct . Lire l'article d'origine ici .