En 2005, la nécrologie du physicien Asher Peres dans le magazine Physics Today nous disait que lorsqu’un journaliste lui a demandé si la téléportation quantique pouvait transporter l’âme d’une personne ainsi que leur corps, le scientifique a répondu: « Non, pas le corps, juste l’âme. » Plus qu’une simple blague, la réponse de Peres offre une explication parfaite, encodée dans une métaphore, de la réalité d’un processus que nous avons vu d’innombrables fois dans la science-fiction. En fait, la téléportation existe, même si dans le monde réel elle l’est. assez différent du fameux « Beam me up, Scotty! » associée à la série Star Trek.

La téléportation dans la vraie science a commencé à prendre forme en 1993 grâce à une étude théorique publiée par Peres et cinq autres chercheurs dans Physical Review Letters, qui a jeté les bases de la téléportation quantique. Apparemment, c’était l’idée du co-auteur Charles Bennett d’associer le phénomène proposé à l’idée populaire de téléportation, mais il y a une différence essentielle entre la fiction et la réalité: dans cette dernière, ce n’est pas la matière qui voyage, mais plutôt l’information, qui transfère les propriétés de la matière d’origine à celle de la matière de destination.

La téléportation quantique est basée sur une hypothèse décrite en 1935 par le physicien Albert Einstein et ses collègues Boris Podolsky et Nathan Rosen, connue sous le nom de paradoxe EPR. En raison des lois de la physique quantique, il était possible d’obtenir deux particules et de les séparer dans l’espace afin qu’elles continuent à partager leurs propriétés, comme deux moitiés d’un tout. Ainsi, une action sur l’un d’eux (sur A, ou Alice, selon la nomenclature utilisée) aurait instantanément un effet sur l’autre (sur B, ou Bob). Cette « action effrayante à distance », selon les mots d’Einstein, semblerait capable de violer la limite de la vitesse de la lumière.

La théorie de ce phénomène, appelée intrication quantique, a été développée plus tard en 1964 par John Stewart Bell, et a été corroborée par de nombreuses expériences.Les travaux de Peres, Bennett et leurs collaborateurs ont proposé qu’une troisième particule puisse interagir avec celle d’Alice et perdre un état quantique – la valeur de l’une de ses propriétés physiques – à transférer à celle de Bob, afin qu’il acquière cet état. Sans un transfert de matière, la particule de Bob serait convertie en une copie de la particule interactive d’Alice, et il n’y aurait jamais eu de contact physique entre

Qubits téléportés

Depuis 1998, diverses expériences ont réalisé cette téléportation quantique, utilisant d’abord des photons individuels, puis des atomes et des systèmes plus complexes. Au début, le phénomène a été démontré à une courte distance, qui a augmenté dans les études ultérieures à des centaines de mètres et de kilomètres. Le record actuel est la téléportation de photons à 1400 kilomètres de la Terre vers le satellite Micius en orbite terrestre, une réalisation réalisée avec succès en 2017 par l’équipe dirigée par Jian-Wei Pan à l’Université des sciences et technologies de Chine à Hefei (USTC).

Dans ces expériences, ce qui est transmis est une information codée en bits. Au sens classique, un bit est une unité de base d’informations binaires qui prend la valeur de 0 ou 1. Dans son application aux états quantiques, un bit peut contenir des informations sur, par exemple, le spin d’une particule (une sorte de rotation ). Mais dans la version quantique du bit, le qubit, sa valeur peut être à la fois 0 et 1 ou une autre valeur, telle que 2, car la mécanique quantique permet aux états de se chevaucher. C’est pourquoi l’informatique quantique est considérée comme une technologie plus puissante que l’informatique traditionnelle, car sa capacité à stocker et à traiter des informations est beaucoup plus grande.

Cependant, il est essentiel de souligner que la téléportation quantique ne sert pas à transmettre données instantanément ou à une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière. La raison en est que Bob a besoin d’obtenir des informations supplémentaires sur les mesures d’Alice qui ne sont pas transmises par le système de particules intriquées, et doivent donc être envoyées par un autre canal; pour chaque qubit téléporté, deux bits classiques doivent être transmis, et cela ne peut être fait que par des moyens traditionnels qui, tout au plus, n’atteignent que la vitesse de la lumière.

Un futur réseau quantique

Mais malgré cette limitation, les possibilités de téléportation quantique semblent de plus en plus prometteuses à mesure que de nouveaux jalons sont atteints. Cette année, deux équipes de chercheurs ont rapporté pour la première fois la transmission de qutrits, ou unités d’informations tridimensionnelles (qui peuvent prendre trois valeurs, 0, 1 et 2). «Les deux études ont démontré la téléportation de qutrit.La principale différence est la méthode que nous avons utilisée », explique Bi-Heng Liu, physicien à l’UCTC et co-auteur de l’une des études non encore publiées sur OpenMind.

Cependant, pour le moment, il y a encore une controverse en jeu entre les deux équipes. Comme l’explique à OpenMind le physicien Chao-Yang Lu, également de l’UCTC et co-auteur de l’autre étude, publiée dans Physical Review Letters, en ce qui concerne le travail de ses collègues, «la nature même quantique de la téléportation n’a pas été démontrée . » Le co-auteur de la même étude, Manuel Erhard, de l’université de Vienne, estime également que dans l’expérience de Liu, «les mesures et les résultats ne sont pas suffisants pour revendiquer une véritable téléportation quantique tridimensionnelle et universelle». De son côté, Liu défend ses résultats: « Nous avons fait la simulation numérique et confirmé la téléportation des qutrits. »

La controverse s’étend également aux possibilités de mise à l’échelle du système à un plus grand nombre de dimensions. à Liu, « les deux systèmes sont évolutifs. » Pour sa part, Erhard soutient que son propre système peut facilement être étendu à n’importe quelle dimension: «Il s’agit de développement technologique pour augmenter encore la dimensionnalité», dit-il. D’un autre côté, il n’est pas sûr que l’on puisse dire la même chose. sur le système de ses collègues.

Mais quel est l’intérêt d’étendre ces expériences à un plus grand nombre de dimensions? « Une application possible de la téléportation quantique de haute dimension réside dans les réseaux quantiques », explique Erhard à OpenMind. « Ainsi, nous envisageons un futur réseau quantique basé sur des alphabets de plus grande dimension. Ceux-ci présentent l’avantage de capacités d’information plus élevées et d’une plus grande résistance au bruit, par exemple. »

Par conséquent, passer du qubit qutrit, et de là à ququart, et ainsi de suite, jette maintenant les bases des futurs réseaux de calcul quantique. Lu prédit que son système atteindra la soi-disant suprématie quantique, la capacité de résoudre des problèmes inaccessibles par le calcul classique: « Nous sommes mettant en œuvre des expériences d’informatique quantique multidimensionnelle multi-photons appelées échantillonnage de bosons, et nous espérons dans un proche avenir contrôler 30 à 50 photons pour atteindre la suprématie quantique. »

Javier Yanes

@ yanes68