La Chine a récemment franchi une étape majeure dans le domaine de la communication quantique en dévoilant un réseau révolutionnaire qui s’étend sur une ville entière. Cette avancée spectaculaire positionne la Chine en tant que leader mondial de la communication quantique, ouvrant la voie à un avenir où les réseaux informatiques pourraient devenir impénétrables.
Le Réseau de Communication Quantique de la Chine
Ce réseau de communication quantique pionnier est composé de trois dispositifs interconnectés à un serveur central, formant un réseau quantique multinoeud. L’objectif est de connecter plusieurs utilisateurs au sein d’une ville, marquant ainsi une avancée significative vers une ère de communication numérique ultra-sécurisée.
Le Principe de la Communication Quantique
Les réseaux de communication quantique partagent certains points communs avec leurs homologues conventionnels, notamment la transmission d’informations via des fibres optiques. Cependant, ce qui les distingue, c’est leur réputation d’être inviolables. Cette inviolabilité est due à l’intrication quantique décentralisée et à la capacité des nœuds du réseau à stocker et à traiter l’information. La communication quantique repose sur la distribution de clés quantiques (QKD), qui utilise les propriétés quantiques des particules pour former des chaînes binaires (composées de 0 et de 1) détectant instantanément toute perturbation.
Les photons utilisés dans les réseaux quantiques présentent des propriétés uniques qui les distinguent de la lumière utilisée dans les réseaux conventionnels.
Défis et Avancées Technologiques
Bien que les dernières avancées dans la technologie QKD permettent désormais la transmission d’informations sur des centaines de kilomètres, il subsiste une perte de transmission considérable. Les chercheurs se sont attaqués à deux défis majeurs : la réduction de cette perte de transmission et l’expansion du réseau à l’échelle d’une métropole.
La réduction de la perte de transmission a été envisagée grâce à l’utilisation de répéteurs quantiques, des dispositifs conçus pour assurer la transmission de l’information quantique sur de longues distances. La deuxième grande difficulté réside dans l’extension du réseau à une échelle métropolitaine, nécessitant non seulement la réduction des pertes de transmission via les fibres optiques, mais aussi l’indépendance des nœuds quantiques.
Le Réseau Quantique Multinoeuds
Les chercheurs de l’Université des sciences et technologies de Chine ont relevé ces défis avec leur réseau quantique multinoeuds spécialement conçu pour une zone métropolitaine. Ce réseau se démarque par la possibilité pour un grand nombre d’utilisateurs de se connecter via leurs propres processeurs quantiques. Des innovations clés, telles que les dispositifs de mémoire quantique, sont également mises en avant.
Les réseaux quantiques exigent une combinaison complexe de dispositifs, notamment des processeurs, des fibres optiques et des mémoires de stockage, chacun devant être minutieusement synchronisé. Les propriétés des photons doivent être ajustées à de multiples points du réseau, ce qui peut entraîner de nombreuses défaillances. Le réseau des chercheurs chinois est une prouesse technique en étant établi à l’échelle d’une ville entière et en réduisant considérablement la perte de transmission.
La Structure du Réseau
Le réseau se compose de trois nœuds quantiques, surnommés Alice, Bob et Charlie, reliés à un nœud serveur et disposés en triangle. Chacun de ces nœuds fonctionne de manière indépendante, possédant son propre processeur et sa mémoire quantique. Le serveur central est situé au cœur du triangle et est connecté à chaque nœud via des fibres optiques, permettant la communication classique et quantique. Ce réseau révolutionnaire a été mis en place dans la ville de Hefei, couvrant une superficie de 7048 kilomètres carrés.
Chaque nœud quantique est équipé d’un ensemble atomique de rubidium extrêmement froid et contrôlé par laser, servant de mémoire quantique à longue durée de vie. Cette mémoire permet de générer un enchevêtrement entre les atomes et les photons, assurant la sécurité des informations transmises. Cette utilisation de la mémoire quantique à une échelle aussi vaste est une première dans le domaine de la communication quantique.
Les Défis Technologiques
Pour réduire la perte d’informations au niveau des fibres, les nœuds quantiques sont équipés de modules de conversion de fréquence quantique (QFC) qui permettent de déplacer les photons de manière cohérente par rapport à la résonance atomique du rubidium. Ils sont également synchronisés à l’aide d’une technique de stabilisation de phase à distance.
Les chercheurs ont pu démontrer la génération d’intrication à distance entre les photons de deux nœuds distants, surpassant la durée de stockage nécessaire pour une communication sécurisée. Cette étape est cruciale pour permettre aux nœuds de partager des informations en toute sécurité. De plus, ils ont étendu cette génération d’intrication à distance aux trois nœuds simultanément, permettant ainsi la réalisation de plusieurs « discussions » quantiques en parallèle.
Cependant, il reste encore des défis à relever, notamment l’augmentation de la vitesse de transmission des informations à travers le réseau. Actuellement, le réseau de Hefei ne transporte qu’environ un bit par seconde, bien en deçà des capacités de nos modems classiques. Pour qu’il puisse couvrir davantage de distance, supporter plus d’informations et de nœuds, il est essentiel d’améliorer les mémoires quantiques et leur durée de stockage.
La Chine a fait un bond en avant dans le domaine de la communication quantique en déployant avec succès un réseau de communication quantique multinoeuds à l’échelle d’une ville entière. Cette réalisation technologique pourrait révolutionner la manière dont nous sécurisons et transmettons nos données, ouvrant la voie à un avenir où la communication numérique serait impénétrable et ultra-rapide. Cependant, des défis technologiques
