Le réseau quantique s’approche de son utilisation commerciale grâce aux ingénieurs de l’Université de Pennsylvanie, qui ont conçu une “Q-chip” capable de transporter des données quantiques sur des réseaux Internet modernes.
Cette expérience, publiée dans Science, a réussi à sortir la technologie des réseaux quantiques des laboratoires où elle était traditionnellement étudiée, en l’intégrant aux câbles à fibre optique utilisés dans les environnements commerciaux pour les connexions en ligne quotidiennes.
Les chercheurs espèrent que cette conception ouvrira la voie à un avenir quantique potentiellement révolutionnaire.
Robert Broberg, étudiant en ingénierie électrique et système à Penn et co-auteur de l’étude, déclare : “Cela ressemble aux débuts d’Internet classique dans les années 1990, lorsque les universités ont commencé à connecter leurs réseaux. Cela a ouvert la porte à des transformations que personne n’aurait pu prévoir. Un Internet quantique présente le même potentiel.”
Les réseaux quantiques reposent sur des paires de particules “intriquées”, où une modification de l’une entraîne instantanément la modification de l’autre. Les chercheurs espèrent que, s’ils peuvent exploiter cette propriété, ils pourront combiner toute la puissance de traitement et connecter des ordinateurs quantiques.
Un tel réseau pourrait permettre des performances d’IA plus rapides et plus écoénergétiques, dépassant ce qui peut actuellement être réalisé avec des supercalculateurs. Les implications pourraient également toucher le domaine médical, comme l’a montré une étude de janvier qui utilisait l’informatique quantique pour concevoir un médicament anticancéreux.
Cependant, la nature singulière de l'”intrication quantique” complique énormément le développement d’un tel réseau. Comme l’a découvert Erwin Schrödinger, les particules quantiques perdent leurs propriétés quantiques lorsqu’elles sont observées, rendant ainsi l’étalonnage d’un réseau quantique presque impossible pour les scientifiques.
“Les réseaux classiques mesurent les données pour les orienter vers leur destination finale,” explique Broberg. “Avec des réseaux purement quantiques, vous ne pouvez pas faire cela, car mesurer les particules détruit l’état quantique.”
Malgré cet obstacle, l’équipe de Penn a prouvé que leur “Q-chip” peut envoyer des signaux quantiques à travers des fibres commerciales actives. Ils ont réussi cela en coordonnant des signaux quantiques et des signaux classiques provenant de particules de lumière ordinaires.
Yichi Zhang, premier auteur de l’étude provenant de la faculté des Sciences et de l’Ingénierie des Matériaux, précise : “Le signal classique voyage juste devant le signal quantique, ce qui nous permet de mesurer le signal classique pour le routage tout en laissant le signal quantique intact.”
En envoyant d’abord les particules de lumière régulières, le système fonctionne comme un train transportant une cargaison précieuse.
“Le ‘header’ classique fonctionne comme le moteur du train, tandis que l’information quantique est transportée dans des conteneurs scellés derrière,” explique Zhang. “Vous ne pouvez pas ouvrir les conteneurs sans détruire ce qu’il y a à l’intérieur, mais le moteur assure que le train arrive à sa destination.”
Leur conception pourrait également corriger automatiquement les perturbations et transporter des signaux quantiques en utilisant le même système d’adressage et d’outils de gestion que les signaux classiques. Ainsi, l’ensemble du réseau quantique pourrait suivre le même Protocole Internet (IP) que celui qui organise le monde en ligne.
“En montrant qu’une puce intégrée peut gérer les signaux quantiques sur un réseau commercial actif comme celui de Verizon et le faire en utilisant les mêmes protocoles que ceux qui régissent Internet classique, nous avons franchi une étape importante vers des expérimentations à plus grande échelle et un Internet quantique pratique,” déclare Liang Feng, auteur senior de l’étude et professeur à la faculté MSE.
Cependant, les câbles à fibre optique commerciaux existent en dehors des environnements de laboratoire contrôlés, les exposant aux intempéries. Cela signifie que les câbles subissent des changements de température, sans compter des problèmes tels que l’activité sismique et les vibrations causées par la construction et le transport.
Les chercheurs ont surmonté cet obstacle en développant une méthode de correction d’erreurs qui exploite les signaux classiques voyageant avant les signaux quantiques. Leurs tests ont montré que le système maintenait une précision inférée de plus de 97%.
“Comme nous pouvons mesurer le signal classique sans endommager le signal quantique, nous pouvons déduire les corrections à apporter au signal quantique sans jamais le mesurer, préservant ainsi son état quantique,” précise Feng.
L’équipe n’a pas pu amplifier les signaux sans détruire l’intrication quantique, mais elle espère que, puisque leur puce est fabriquée en silicium, le système sera facile à produire en masse, posant ainsi les bases de l’expansion du réseau.
“En intégrant l’information quantique dans le cadre IP bien connu, nous avons montré qu’un Internet quantique pourrait littéralement parler le même langage que celui de l’Internet classique,” conclut Zhang. “Cette compatibilité est cruciale pour l’extension avec l’infrastructure existante.”
Notre Opinion Tech
Dans cet avenir numérique en pleine mutation, l’intégration de l’informatique quantique au sein des réseaux Internet existants semble être une direction prometteuse. Cela pourrait, en effet, transformer notre perception des échanges d’informations, tout en préservant la qualité et l’intégrité des données. Il est fascinant de constater que des concepts aussi avant-gardistes que la quantum entanglement soient désormais accessibles à une échelle commerciale, permettant ainsi de réinventer notre infrastructure technologique. Ce mélange subtil entre innovation et adaptabilité pourrait redéfinir nos modes de communication à venir.