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Les scientifiques chinois viennent de briser un record de téléportation. Non, ils n’ont pas transmis une personne dans un vaisseau spatial. Au contraire, ils ont envoyé un paquet d’informations du Tibet à un satellite en orbite, jusqu’à 1 400 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre. Plus précisément, les scientifiques ont transmis l’état quantique d’un photon (information sur la façon dont il est polarisé) en orbite.

Non seulement l’équipe a établi un record en matière de distance de téléportation quantique, mais elle a également montré que l’on peut construire un système pratique pour les communications quantiques à longue distance. Un tel système de communication serait impossible à écouter sans alerter les utilisateurs, ce qui rendrait les communications en ligne beaucoup plus sécurisées.

Des expériences comme celles-ci ont déjà été réalisées, mais Howard Wiseman, directeur du Center for Quantum Dynamics a déclaré :

Des expériences comme celle-ci élargissait les possibilités de la technologie. C’est beaucoup plus difficile, car il s’agit d’une cible en évolution rapide, et vous avez vos détecteurs quantiques dans l’espace où ils doivent travailler sans que personne ne les modifie. C’est un grand pas vers la communication quantique à l’échelle mondiale.

L’expérience tire parti de l’un des nombreux phénomènes qui décrivent la mécanique quantique dont l’enchevêtrement (ou intrication). Lorsque deux particules sont enchevêtrées, elles restent connectées de sorte qu’une action effectuée sur l’une affecte également l’autre, quelle que soit la distance entre les deux. De plus, quand on mesure l’état d’une particule dans le duo intriqué, on connaît automatiquement l’état de la seconde. Les physiciens appellent ces états «corrélés», parce que si une particule – un photon, par exemple – est dans un état «haut», son partenaire enchevêtré sera dans un état «bas».

La partie bizarre est qu’une fois que l’état de la première particule est mesuré, le second «sait» dans quel état il doit être. L’information semble voyager instantanément, sans la limite de la vitesse de la lumière.

L’information de la téléportation

En juin 2017, les mêmes chercheurs ont rapporté un autre exploit en téléportation quantique: ils ont envoyé des photons intriqués du satellite Micius (ou Mozi) à deux stations terrestres sur des distances comprises entre 1 400 et 2 400 km, selon l’emplacement du satellite dans son orbite. Alors que cette expérience a montré que l’intrication peut se produire sur de longues distances, la nouvelle expérience utilise cet enchevêtrement pour transmettre l’état quantique d’un photon à un endroit éloigné.

Dans sa dernière expérience, l’équipe chinoise, dirigée par Ji-Gang Ren de l’Université des Sciences et Technologies de Shanghai, a tiré un laser depuis une station au Tibet vers un satellite en orbite. Ce faisceau laser portait un photon enchevêtré avec un autre photon au sol. Ils ont ensuite emmêlé le photon sur le sol avec un troisième photon, et mesuré leurs états quantiques. Il y a quatre combinaisons possibles: vertical-vertical, vertical-horizontal, horizontal-vertical et horizontal-horizontal. Puisque les états des particules au sol étaient corrélés avec celui du satellite, un observateur regardant le photon du satellite, saurait que ce photon doit être dans l’un des quatre états qui sont corrélés avec les deux photons sur le satellite.

S’il y avait une personne dans le satellite, une fois qu’on lui a dit que les états des photons au sol étaient identiques ou différents, ils en sauraient suffisamment pour reconstruire l’état des photons au sol et les dupliquer unique à bord. Les photons au sol auraient eu leur état quantique téléporté en orbite.

Bien qu’il semble que cette information voyage plus vite que la lumière, il n’y a aucun moyen d’utiliser cette propriété comme un système de messagerie instantanée. En effet, même si les états des particules intriquées sont corrélés, vous ne pouvez pas savoir ce qu’ils sont avant de les mesurer et vous ne pouvez pas contrôler leur état.

Le changement des états quantiques

Mais ce que ces particules enchevêtrées peuvent faire, c’est agir comme des « authentifiants » pour les messages. La raison en est que l’acte d’observer d’une particule change son comportement. Si une oreille indiscrète essayait d’intercepter la transmission entre le satellite et le sol, les états quantiques des photons (tels que mesurés par les scientifiques) ne seraient pas correctement corrélés.

L’équipe chinoise a réussi à effectuer des travaux d’enchevêtrement sur des distances de 500 km à 870 km, soit la distance maximale par rapport au satellite. C’est plus loin que quiconque n’a jamais réussi à envoyer des états intriqués. Les photons intriqués ne peuvent interagir avec rien d’autre sur le chemin de leur destination, car leurs états ont été révélés par l’interaction. Par conséquent, la téléportation ne fonctionne pas si les photons sont observés avant d’arriver à destination. Lorsque les scientifiques mènent des expériences comme celle-ci, ils n’envoient pas seulement des photons uniques, un à la fois; Pour obtenir les mesures qu’ils veulent, ils doivent en envoyer beaucoup. Même dans le vide de l’espace, sur des millions de photons envoyés, le satellite n’a pu recevoir correctement que 911 d’entre eux, selon l’étude.

Si ces mêmes photons étaient envoyés sur des câbles à fibres optiques plutôt que dans l’espace, la connexion entre les photons serait détruite par des interférences dues à des facteurs tels que la chaleur et les vibrations, ou même par des interactions aléatoires avec le câble. En tant que tel, il pourrait falloir 380 milliards d’années pour obtenir une mesure d’un photon intriqué. D’un autre côté, un satellite est en dehors de l’atmosphère, et il y a beaucoup moins de chance que le photon enchevêtré se gâte.

« Avec la fibre, vous perdez beaucoup de photons », a déclaré Bill Munro, chercheur principal au laboratoire de recherche fondamentale de NTT. Transmettre des photons en orbite signifie que vous pourriez construire un véritable système de communication. « Vous pourriez transmettre de l’information de la Chine à Washington ou à New York. » Selon Munro, le problème de la réduction des interférences avec les signaux et de l’augmentation du nombre de photons est un problème technique qui peut être résolu.

Munro et Wiseman ont tous deux notés que souvent les gens pensent que la téléportation consiste à déplacer un objet réel (ou un photon) d’un endroit à un autre. « Les gens ont cette approche « Star Trek. », a déclaré Munro. « Ils pensent que les atomes sont téléportés, ce que nous faisons, c’est de l’information d’un bit quantique à un autre, il n’y a pas de véritable transportation – seulement de l’information.

L’étude a été publiés dans l’ArXiv le 4 juillet 2017.

[via Live Science]