La téléportation quantique franchit la frontière de l’espace

Un nouveau record de téléportation quantique a été atteint: plusieurs paires de photons ont récemment voyagé sur plus de 1000 km entre un satellite et la Terre. Cette délicate opération, réalisée par des physiciens chinois et rapportée dans une étude publiée dans la revue Science, fait rêver le monde des télécommunications et celui de la cybersécurité.

Jusqu’à présent, ce type de communication s’opérait entre deux sommets de montagne ou deux villes éloignées, sur une distance maximale de 100 km.

Cette fois-ci, la téléportation de ces particules de lumière a été réalisée entre le satellite chinois Micius, muni d’un système d’optique quantique, et des stations situées sur deux sommets tibétains, multipliant ainsi la distance préétablie par 10.

Paire de photons

Pour y arriver, le satellite a d’abord émis, à l’aide d’un rayon laser, une paire de photons «intriquée» (qui se comportent de façon identique même s’ils sont physiquement séparés). Puis, chacune de ces particules, séparées à l’émission, a rejoint une des deux stations de réception tibétaines (Delingha et Lijiang), physiquement éloignées de 1203 km.

L’opération a été reproduite plusieurs fois, la transmission entre le satellite et chacune des stations ayant été facilitée par la rareté de l’air des hauts sommets. Lors de la téléportation de ces 1000 paires de photons, les chercheurs ont observé les échanges de polarisation des particules au sein des deux stations réceptrices.

Ces nouveaux résultats, détaillés dans un article de la même revue, illustrent la possibilité d’un futur réseau de télécommunication quantique global. La mission QUESS (Quantum Experiments at Space Scale) chinoise démontre en effet qu’il serait possible d’encoder un message avec une clé quantique puisque chaque interférence serait alors détectable, rapporte-t-on aussi dans Nature.

Échelle subatomique

La physique quantique repose sur les propriétés particulières à une échelle subatomique — plus petite que celle des atomes — où par exemple, une particule existe dans deux états différents, à deux endroits où deux particules réagissent de concert — des incongruités sur lesquelles se questionnait Albert Einstein.

La téléportation quantique — une sorte de première étape sur la route de la téléportation d’un objet — consiste à transférer d’un endroit à un autre une particule sans passer par un endroit intermédiaire. Cette téléportation repose sur le principe d’intrication quantique — lorsque deux particules se comportent comme un seul système malgré une grande distance les séparant.

Concrètement, ces deux particules (photons) intriquées seront envoyées à deux endroits différents, mais ces «jumeaux» réagiront de la même manière même à des kilomètres de distance — si l’un change d‘état, l’autre modifiera son état aussi.

Des pas de géants

La téléportation quantique fait des pas de géants depuis les premiers sauts de puces réalisés par une équipe autrichienne, en 1997, avec un premier mètre franchi, validant ainsi l’idée possible d’envoyer une entité dans un autre lieu, comme dans les films de science-fiction.

Des physiciens suisses sont ensuite parvenus à téléporter l’état quantique d’un photon sur 2 et 6 km et sur 25 km en 2014 en utilisant la fibre optique — une technologie qui a plus tard permis de franchir le cap des 100 km. Aujourd’hui, l’utilisation d‘un satellite multiplie encore la distance franchie par cet étonnant état de matière.

Déjà, des équipes de recherche européennes et américaines planifient de tenter l’expérience à bord de la Station internationale spatiale pour vérifier si les particules quantiques résistent à la gravité. Téléporter une particule quantique mise dans un environnement de microgravité dans l’espace serait donc la prochaine étape pour tester la robustesse de ces propriétés.

Si l’expérience est concluante, certains scientifiques envisagent déjà de bâtir un réseau de satellites jumelés à des ordinateurs quantiques d’ici 5 ans.