Les photons uniques ouvrent la voie à l'avenir
Communications photoniques
Beyond Borders
Nombreux sont ceux qui considèrent l'informatique quantique comme la porte d'entrée d'un nouveau monde d'ordinateurs rapides et intelligents. Alors que les ordinateurs classiques traitent les informations sous forme de bits, l'informatique quantique utilise ce que l'on appelle des qubits. À titre de comparaison, le bit classique peut être représenté par une pièce de monnaie qui ne peut donner que pile ou face, alors que les qubits ressemblent davantage à une pièce qui tourne lorsqu'on la lance.
Outre la probabilité égale d'aboutir à l'un ou l'autre côté, la pièce possède d'autres propriétés telles que la vitesse de rotation, la direction de la rotation, l'angle de l'axe de rotation, etc. Toutes ces propriétés peuvent être utilisées pour transporter des données, mais seulement tant que la pièce tourne. Dès qu'elle atterrit sur le sol, elle se retrouve à nouveau avec une face vers le haut, et le qubit excitant se transforme en un vieux bit ennuyeux. (1)
Transfert de données sécurisé
L'informatique quantique constitue une menace potentielle
Alors qu'IBM, Google et leurs réseaux de recherche respectifs travaillent à l'amélioration de l'informatique quantique, d'autres s'intéressent à un autre aspect de l'avenir quantique, à savoir l'impact qu'il pourrait avoir sur la cybersécurité et le codage des données.
L'informatique quantique constitue une menace potentielle car elle est capable de décoder rapidement les méthodes de cryptage existantes. La distribution quantique des clés (QKD) est une solution facilement accessible.
Les premiers principes théoriques du cryptage quantique ont été établis dès les années 1980. Le plus souvent, des photons uniques sont placés de manière aléatoire dans des états de polarisation distincts qui sont transmis d'une source d'information (Alice) à un destinataire (Bob), où ils sont retransférés sous forme d'informations numériques. (2)
L'une des formes les plus sûres d'établissement d'une connexion de confiance entre Alice et Bob est l'utilisation de l'intrication. En gros, il existe un lien magique entre une paire de photons créés comme des jumeaux, qui fait que l'un d'eux se comporte exactement comme l'autre, même s'ils sont à des kilomètres l'un de l'autre. Les scientifiques appellent ce phénomène "l'action magique à distance". Avec un photon intriqué transmis à Bob, tandis que l'autre retourne à Alice, les données et les informations codées peuvent être transmises en même temps.
Les défis de la communication á longue distance
Beyond Borders
Grâce à la technologie moderne des fibres optiques, le QKD peut être appliqué aujourd'hui, mais seulement au niveau métropolitain. En raison de l'atténuation optique des fibres, les signaux ne peuvent être transmis que sur quelques centaines de kilomètres avant d'être dégradés en un blabla indiscernable. Dans les technologies existantes, des répéteurs optiques ou électroniques sont utilisés pour surmonter ces obstacles ; cependant, au niveau quantique, ces technologies ne seront probablement pas disponibles dans les prochaines décennies. Contrairement aux transmissions radio, la transmission de données optiques à l'air libre repose sur ce que l'on appelle la "ligne de visée", c'est-à-dire la ligne ininterrompue entre l'expéditeur et le destinataire. C'est pourquoi les scientifiques se projettent à nouveau au-delà des limites de notre planète. L'atténuation de l'atmosphère est bien inférieure à celle d'une fibre optique. Cela signifie qu'une communication efficace est possible sur des distances beaucoup plus longues, à condition de disposer de détecteurs de photons uniques sensibles. Un code quantique intriqué généré par un satellite en orbite terrestre pourrait être transféré à la fois à Alice et à Bob, à condition qu'ils soient tous deux à portée du satellite.
En 2017, le satellite Micius de l'Académie chinoise des sciences a été utilisé avec succès pour transférer un code quantique traditionnel de la Chine à Vienne, en Autriche. À l'Université nationale de Singapour, les scientifiques travaillent actuellement sur un dispositif de cryptage quantique enchevêtré qui tiendra dans un petit cube de nano-satellite de 11,35 cm × 10 cm × 10 cm. Le bien nommé SpooQySat, en service depuis le 17 juin 2019, sert actuellement de démonstration en direct d'une source de photons intriqués dans l'espace.
Sur Terre, les détecteurs du côté de Bob doivent être capables de filtrer un seul photon codé parmi tous les bruits de fond environnants. En général, les scientifiques utilisent des diodes à avalanche à photon unique qui absorbent les photons entrants et les transforment en signaux électriques. Leur qualité est définie par leur efficacité quantique et leur capacité à bloquer le bruit de fond.
(1) www.sciencealert.com/quantum-computers
(2) en.wikipedia.org/wiki/Quantum_key_distribution
Chaque photon compte
La recherche fondamentale soutenue par des outils de mesure très sensibles
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