La physique quantique est un domaine de recherche avançant à grands pas ces dernières années, cela ayant notamment généré une vague d’intérêt par le grand public. Dans la lancée des découvertes touchant la physique quantique et ses applications à l’informatique, des scientifiques ont réussi à « téléporter » des qutrits — des unités d’information quantique basées sur trois états orthogonaux. Cette réussite donne accès à un large éventail de nouvelles possibilités pour l’informatique et la communication quantiques.
Jusqu’à présent, la téléportation quantique n’était possible qu’avec des qubits, bien que sur des distances impressionnantes. Une nouvelle étude de validation de concept suggère cependant que les futurs réseaux quantiques seront capables de transporter beaucoup plus de données et avec moins d’interférences que nous le pensions, en utilisant les qutrits.
Qu’est-ce qu’un qutrit ? Le qutrit est l’analogue au trit classique, tout comme le qubit — particule quantique pouvant prendre trois états possibles (0, 1 ou 0/1 en même temps), est analogue au bit classique. Les petites unités de données informatiques que nous connaissons, les bits classiques, peuvent posséder l’un des deux états suivants : 0 ou 1. En informatique quantique, il s’agit du susmentionné qubit (au lieu du bit), qui peut être à la fois à l’état 0, 1 ou les deux en même temps (superposition quantique).
Maintenant, pour comprendre le qutrit, il faut d’abord savoir ce qu’est un trit. Le trit est un système dans lequel trois états sont possibles, tous étant des nombres non négatifs : 0, 1 et 2 (bien que l’adjectif donne également son nom au système ternaire équilibré, comprenant les chiffres -1, 0 et +1). Il y a donc trois états possibles au lieu de deux dans le cas du bit classique. Arrive ensuite le qutrit, qui a la même relation avec le trit que le qubit avec le bit, ajoutant le phénomène de superposition quantique à ses états classiques (0, 1 ou 2).
Un qutrit peut donc également se trouver dans les trois états en même temps (superposition), ce qui en fait un excellent candidat pour proposer davantage de puissance de calcul à un ordinateur quantique, car la quantité d’informations pouvant être envoyées en une fois est plus importante. Bien entendu, la gestion de qutrits au lieu de qubits ajoute également un niveau de complexité pour les chercheurs.
Les qutrits et la téléportation quantique
Qu’est-ce que la « téléportation » quantique ? La téléportation quantique consiste à transférer des informations quantiques d’un endroit à un autre, par le biais d’un phénomène appelé « enchevêtrement quantique » (ou intrication quantique). Lors d’un enchevêtrement quantique, deux particules quantiques (ou groupes de particules) sont liées, de sorte que l’une révèle les propriétés de l’autre, quelle que soit la distance physique qui les sépare.
Il ne s’agit donc pas d’une véritable téléportation au sens scientifique du terme, mais d’une obtention instantanée d’une information située à un endroit sur la base d’une lecture depuis un lieu différent, éventuellement sur une grande distance. Cette information quantique peut être transmise par des photons, et l’une des utilisations que nous pourrions envisager à l’avenir est le développement de réseaux Internet inaltérables, protégés par les lois fondamentales de la physique quantique. En effet, toute sorte d’interférence briserait instantanément l’information elle-même. Cela rend donc impossible l’espionnage des communications.
Sur le même sujet : Une nouvelle technologie holographique permet de faire avancer l’informatique quantique
En scindant le trajet d’un photon en trois parties très proches les unes des autres, via une configuration soigneusement calibrée par des lasers, des séparateurs de faisceau et des cristaux de bêta-borate de baryum, les chercheurs ont pu créer leur qutrit et produire un état d’enchevêtrement. Sur 12 mesures d’états quantiques ou enchevêtrements, le système a produit des enchevêtrements avec une fiabilité de 75% (soit les trois quarts du temps).
Bien que la configuration du système reste lente et peu efficace, elle permet néanmoins de démontrer que la téléportation quantique est possible avec des qutrit, affirment les chercheurs. L’étude a été acceptée pour publication dans la revue Physical Review Letters et est déjà disponible sur le serveur de pré-impression arXiv.
L’équipe de recherche a également déclaré qu’elle devrait pouvoir mettre à niveau son système à l’avenir, peut-être même en travaillant cette fois avec des ququarts. Une telle réussite permettrait d’aboutir, à terme, à des systèmes quantiques encore plus puissants.
« En combinant des méthodes antérieures de téléportation d’états composites à deux particules et de multiples degrés de liberté, notre travail fournit une boîte à outils complète pour téléporter une particule quantique intacte », écrivent les chercheurs dans leur article.
« Nous nous attendons à ce que nos résultats ouvrent la voie à diverses applications quantiques de grandes dimensions, car la téléportation joue un rôle central dans les répéteurs quantiques et les réseaux quantiques » ajoutent-ils.
L’obtention d’un état d’enchevêtrement quantique avec des qutrits représente une avancée majeure dans le domaine de l’informatique et des communications quantiques, même si pour le moment, son utilisation pratique est limitée.
