Les parties prenantes du gouvernement, des laboratoires nationaux, des universités et de l'industrie se sont réunis lors de l'atelier sur le plan directeur de l'Internet quantique du DOE pour identifier les objectifs de recherche et les jalons pour accélérer le développement de l'Internet quantique de notre pays. Crédit : Image reproduite avec l'aimable autorisation du Bureau des sciences du ministère de l'Énergie
L'Internet d'aujourd'hui nous connecte à l'échelle mondiale. Il envoie des paquets d'informations qui transportent nos communications dans des signaux classiques - envoyés par des rafales de lumière à travers des fibres optiques, électriquement à travers un fil de cuivre ou par des micro-ondes pour établir des connexions sans fil. C'est rapide et fiable. Alors pourquoi développer un Internet quantique qui utilise plutôt des photons uniques – le plus petit quantum de lumière possible – pour transporter des informations ?
Car il y a de nouveaux domaines scientifiques à explorer. La physique quantique régit le domaine du très petit. Elle nous permet de comprendre – et d'utiliser à notre avantage – des phénomènes uniquement quantiques pour lesquels il n'existe pas de contrepartie classique. Nous pouvons utiliser les principes de la physique quantique pour concevoir des capteurs qui effectuent des mesures plus précises, des ordinateurs qui simulent des processus physiques plus complexes et des réseaux de communication qui interconnectent en toute sécurité ces appareils et créent de nouvelles opportunités pour la découverte scientifique.
Les réseaux quantiques utilisent les propriétés quantiques des photons pour coder des informations. Par exemple, les photons polarisés dans une direction (par exemple, dans la direction qui leur permettrait de traverser des lunettes de soleil polarisées) sont associés à la valeur ; un, les photons polarisés dans le sens opposé (donc ils ne passent pas à travers les lunettes de soleil) sont associés à la valeur zéro. Les chercheurs développent des protocoles de communication quantique pour formaliser ces associations, permettant à l'état quantique des photons de transporter des informations de l'expéditeur au destinataire via un réseau quantique.
Les réseaux quantiques utilisent uniquement des phénomènes quantiques, comme la superposition, le non-clonage et l'intrication qui ne sont pas disponibles pour les réseaux classiques. Avant que le photon ne soit mesuré, il existe dans une superposition de tous ses états quantiques possibles, chacun avec une probabilité correspondante. La mesure sélectionne l'un de ces états. En effet, l'état quantique du photon ne peut être mesuré sans provoquer une perturbation qui trahit la tentative. Un état quantique inconnu et arbitraire ne peut pas non plus être copié - aucun clonage n'est autorisé. Un réseau quantique correctement conçu et exploité tire une sécurité inhérente de ce comportement.
Mais si le photon ne peut pas être copié, comment la communication peut-elle être amplifiée pour atteindre des destinataires distants ? C'est ici qu'intervient le phénomène quantique d'intrication. L'état quantique de chaque photon intriqué est corrélé à celui de ses partenaires intriqués, quelle que soit leur distance. Des répéteurs de réseaux quantiques sont en cours de développement et utilisent l'intrication pour étendre la gamme des réseaux quantiques.
L'Internet quantique émergeant rendra-t-il obsolète l'Internet classique d'aujourd'hui ? Pas du tout. Les atouts des réseaux quantiques sont complémentaires à ceux des réseaux classiques. Nous récolterons le plus grand avantage à long terme en incorporant à la fois des réseaux classiques et quantiques dans un Internet avec des capacités qui dépassent ce qui est possible avec l'une ou l'autre technologie seule.
Bureau des sciences du DOE : Contributions aux réseaux quantiques
Le DOE Office of Science propose des découvertes scientifiques et des outils scientifiques majeurs qui transformeront notre compréhension de la nature et feront progresser la sécurité énergétique, économique et nationale des États-Unis. Au Atelier DOE Quantum Internet Blueprint, les participants ont fixé comme objectif de recherche prioritaire le développement accéléré des éléments constitutifs de l'internet quantique, y compris les répéteurs de réseau quantique qui utilisent l'intrication. D'autres priorités de recherche visent à intégrer ces blocs de construction pour créer un réseau multi-sauts fiable qui contrôle la route des qubits volants et corrige les erreurs.
