Une étape décisive vers un réseau quantique reliant les futurs ordinateurs quantiques, permettant la transmission sécurisée d'informations par "téléportation".
Des chercheurs néerlandais de la TU Delft ont réussi à placer deux électrons distants de trois mètres dans un état d'intrication mécanique quantique. Ce résultat marque une avancée majeure vers un réseau quantique, où les futurs ordinateurs quantiques pourront être interconnectés et les informations transférées en toute sécurité par "téléportation".
L'intrication quantique est l'un des phénomènes les plus étranges et fascinants de la mécanique quantique. Lorsque deux particules sont intriquées, leurs états se confondent : leur état conjoint est parfaitement déterminé, mais l'identité individuelle de chacune disparaît. Elles se comportent comme une seule entité, même séparées par de grandes distances. Albert Einstein qualifiait cela d'"action fantasmagorique à distance", mais les expériences ont confirmé sa réalité.
Les états intriqués sont cruciaux pour l'informatique quantique, car ils permettent d'effectuer de multiples calculs simultanément. Par exemple, un ordinateur quantique doté de 400 qubits (bits quantiques) peut traiter plus d'informations que le nombre d'atomes dans l'univers observable. Auparavant, l'intrication avait été réalisée entre qubits sur une même puce ; aujourd'hui, pour la première fois, elle l'est entre qubits sur des puces distinctes.
Une intrication stable
L'équipe du professeur Ronald Hanson, de l'Institut Kavli de nanosciences à la TU Delft, utilise des électrons piégés dans du diamant comme qubits. "Le diamant crée des 'mini-prisons' pour les électrons quand un atome d'azote remplace un atome de carbone. Cela permet d'isoler, d'étudier et de contrôler un électron ou un noyau atomique individuel. Nous préparons, vérifions et lisons le spin (rotation) de ces particules dans un matériau compatible avec la fabrication de puces, ce qui est essentiel pour une application pratique", explique Hanson.
Intrication à trois mètres
En collaboration avec la société britannique Element Six, Hanson et ses collègues ont intriqué deux électrons situés dans des diamants séparés de plusieurs mètres. Pour transférer l'intrication sur cette distance, ils ont utilisé des photons (particules lumineuses).
Pour vérifier l'intrication, les spins des deux électrons ont été mesurés simultanément. Bien que chaque spin soit aléatoire, comme le prédit la mécanique quantique, ils étaient toujours parfaitement corrélés (opposés). Cela confirme que les électrons forment un système unique. "La distance de trois mètres était arbitraire ; nous pouvons étendre l'expérience sur des distances bien plus grandes", précise Hanson.
Téléportation quantique
La prochaine étape vise la téléportation d'états quantiques. "En théorie, l'intrication permet de 'téléporter' l'état d'une particule vers une autre à grande distance. Cela ne déplace pas la matière, mais son état quantique. Or, comme toutes les particules élémentaires sont identiques, cela équivaut à déplacer l'électron lui-même", détaille Hanson.
Communications sécurisées et Internet quantique
Cette publication dans Nature ouvre des perspectives majeures. D'abord, elle pave la voie à un Internet quantique interconnectant des ordinateurs quantiques ultra-rapides – nos expériences intègrent déjà plus de qubits par puce. Ensuite, la téléportation quantique permet une transmission d'informations inviolable : les données ne transitent pas physiquement et échappent à toute interception.
Vidéo : Les deux électrons sont excités par un laser, émettant chacun un photon. Ces photons interfèrent via un miroir semi-transparent. Selon la mécanique quantique, les détections révèlent une superposition : dès que l'état d'un électron est mesuré, celui de l'autre est instantanément déterminé, comme deux pièces intriquées où un 'pile' implique forcément 'face' pour l'autre.
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