La physique quantique, tout comme la communication quantique, est loin d’être facile à comprendre. L’une des formes les plus complexes est connue sous le nom de communication contrefactuelle : un type de communication quantique dans lequel aucune particule ne se déplace entre le point A et le point B.
Cela fait longtemps que des physiciens théoriciens ont suggéré qu’une telle forme de communication serait possible, mais ce n’est qu’en 2017 que, pour la toute première fois, des chercheurs ont pu la réaliser de manière expérimentale : ils ont transféré une image bitmap en noir et blanc d’un endroit à un autre, sans envoyer de particules physiques.
Dans un premier temps, nous devons comprendre en quoi la communication quantique contrefactuelle diffère de la communication quantique dite classique (également appelée téléportation quantique) : la téléportation quantique est un protocole de communication quantique consistant à transférer l’état quantique d’un système vers un autre système similaire et séparé spatialement du premier en mettant à profit l’intrication quantique. Contrairement à ce que le nom laisse entendre, il ne s’agit donc pas de transfert de matière ni d’énergie. Le terme de téléportation quantique est utilisé pour souligner le fait que le processus est destructif : à l’issue de la téléportation, le premier système ne sera plus dans le même état qu’initialement.
À noter que la téléportation quantique régulière est basée sur le principe de l’enchevêtrement : deux particules qui deviennent inextricablement liées, de sorte que quoi qu’il advienne de l’une, cela affectera automatiquement l’autre, quelle que soit leur distance.
Mais il ne faut pas oublier que cette forme de communication quantique repose toujours sur la transmission de particules sous une forme ou une autre. De ce fait, les deux particules doivent généralement être ensemble lorsqu’elles sont enchevêtrées avant d’être envoyées aux deux extrémités du message (elles commencent donc à un endroit et doivent être transmises à un autre avant que la communication puisse se produire).
De manière alternative, les particules peuvent être enchevêtrées à distance, mais il faut généralement une autre particule telle qu’un photon (particule de lumière) pour voyager entre les deux.
Cependant, une communication quantique contrefactuelle directe repose sur autre chose que l’intrication quantique : en effet, au lieu de cela, ce type de communication exploite un phénomène appelé « effet Zénon ». De manière très simplifiée, l’effet quantique de Zénon se produit lorsqu’un système quantique instable est mesuré à plusieurs reprises. En bref, lorsqu’on effectue N mesures de l’observable dans un intervalle de temps t, la probabilité de trouver un système dans le même état après cet intervalle, tend vers 1 lorsque N tend vers l’infini.
Dans ce cas précis, les particules instables ne peuvent jamais se désintégrer pendant leur mesure, de sorte que l’effet Zénon crée un système qui est effectivement gelé avec une probabilité très élevée.
La communication quantique contrefactuelle est donc basée sur cet effet quantique de Zénon et se définit comme le transfert d’un état quantique d’un site à un autre, sans qu’aucune particule quantique ou classique ne soit transmise entre ces derniers. Cela nécessite un canal quantique reliant deux sites, ce qui signifie qu’il y a toujours une faible probabilité qu’une particule quantique traverse ledit canal. Si cela se produit, le système est mis au rebut et un nouveau système est configuré.
Vous aimerez également : Physique quantique; un guide pour vous aider à la comprendre !
Pour mettre en place un système aussi complexe, des chercheurs de l’Université des sciences et technologies de Chine ont placé deux détecteurs à photon unique dans les ports de sortie d’un ensemble de séparateurs de faisceaux.
En raison de l’effet Zénon, le système est bloqué dans un certain état. Il est donc possible de prédire lequel des détecteurs « cliquera » à chaque passage de photons (à savoir qu’une série d’interféromètres imbriqués mesurent l’état du système pour s’assurer qu’il ne change pas).
Cela fonctionne sur le fait que, dans le monde quantique, toutes les particules lumineuses peuvent être entièrement décrites par des fonctions d’onde, plutôt que par des particules. Ainsi, en intégrant des messages à la lumière, les chercheurs ont pu transmettre ces derniers sans jamais envoyer directement de particule.
L’équipe a expliqué que l’idée de base concernant cette installation provenait de la technologie de l’holographie. « Dans les années 1940, une nouvelle technique d’imagerie – l’holographie – a été développée pour enregistrer non seulement l’intensité de la lumière, mais également la phase de la lumière. On peut alors poser la question suivante : ‘la phase de la lumière elle-même, peut-elle être utilisée pour l’imagerie ?’ Et la réponse est oui », expliquent les chercheurs.
Au cours de l’expérience menée, la phase de la lumière elle-même est devenue le vecteur de l’information, et l’intensité de la lumière était sans importance pour l’expérience.
L’équipe a souligné que cela représente un grand pas en avant dans le domaine de la communication quantique, et que cette technologie pourrait également être utilisée pour la numérisation d’artefacts anciens sensibles (qui ne pourraient pas survivre à la lumière directe par exemple).
À présent, d’autres chercheurs externes à l’étude devront encore vérifier les résultats pour s’assurer que ces derniers concernent bien un véritable exemple de communication quantique contrefactuelle.
