Depuis le milieu du 20e siècle, les scientifiques ont recherché des preuves d'une vie intelligente au-delà de notre système solaire. Pendant une bonne partie de ce temps, les scientifiques qui sont engagés dans la recherche d'intelligence extraterrestre (SETI) se sont appuyés sur des relevés de radioastronomie pour rechercher des signes d'activité technologique (alias "technosignatures"). Avec 4, 375 exoplanètes confirmées (et ça compte !) Des efforts encore plus importants sont attendus dans un proche avenir.

En prévision de ces efforts, les chercheurs ont envisagé d'autres technosignatures possibles que nous devrions être à l'affût. Selon Michael Hippke, chercheur invité au Centre de recherche SETI de l'UC Berkeley, la recherche devrait également être élargie pour inclure la communication quantique. À une époque où l'informatique quantique et les technologies connexes sont sur le point de se concrétiser, il est logique d'en chercher des signes ailleurs.

La recherche de technosignatures, et ce qui constitue les plus prometteurs, fait l'objet d'un regain d'intérêt ces dernières années. Cela est dû en grande partie au fait que des milliers d'exoplanètes sont disponibles pour des études de suivi à l'aide des télescopes de nouvelle génération qui seront opérationnels dans les années à venir. Avec ces instruments à la recherche d'aiguilles dans la « botte de foin cosmique, "Les astrobiologistes doivent savoir clairement ce qu'ils doivent rechercher.

En septembre 2018, La NASA a organisé un atelier sur les technosignatures, qui a été suivie par la publication de leur rapport Technosignature. D'ici août 2020, La NASA et le Blue Marble Institute ont parrainé une autre réunion, Technoclimes 2020, pour discuter des concepts de futures recherches qui rechercheraient des technosignatures au-delà des signaux radio habituels. En tant que personne qui a consacré sa vie professionnelle à SETI, Hippke a de nombreuses idées à offrir.

La recherche jusqu'ici

Comme il l'a noté dans son étude, les efforts SETI modernes ont commencé en 1959 lorsque le célèbre pionnier SETI Giuseppe Cocconi et le physicien Philip Morrison (tous deux de l'Université Cornell à l'époque) ont publié leur article fondateur, "À la recherche des communications interstellaires." Dans ce document, Coccini et Morrison ont recommandé de rechercher des signes de vie intelligente en recherchant des signaux à bande étroite dans le spectre radio.

Cela a été suivi deux ans plus tard par R.N. Schwartz et C.H. Townes de l'Institute of Defence Analyses (IDA) à Washington D.C. Dans leur article, "Communication interstellaire et interplanétaire par Optical Masers, " ils ont proposé que les impulsions optiques des lasers à micro-ondes pourraient être une indication de l'intelligence extraterrestre (ETI) envoyant des messages dans le cosmos.

Mais comme le note Hippke, six décennies et plus d'une centaine de programmes de recherche dédiés plus tard, les enquêtes qui ont recherché ces technosignatures particulières n'ont rien donné de concret. Cela ne veut pas dire que les scientifiques ont recherché les mauvaises signatures jusqu'à présent, mais qu'il pourrait être utile d'envisager de jeter un filet plus large. Comme Hippke l'a expliqué dans son article :

"Nous recherchons (et devrions continuer à chercher) des explosions de phares à bande étroite, même si nous n'en avons pas encore trouvé. À la fois, il est possible d'élargir notre recherche… Il est parfois avancé dans les couloirs des départements d'astronomie qu'il nous suffit de « se syntoniser sur la bonne bande » et, voilà, nous serons connectés au canal de communication galactique. »

Une révolution quantique

Alors que pratiquement toutes les tentatives de création de processeurs quantiques sont relativement récentes (qui remontent au début du siècle), le concept lui-même remonte au début des années 1970. C'est à cette époque que Stephen Weisner, professeur de physique à l'université de Columbia à l'époque, ont proposé que les informations puissent être codées de manière sécurisée en tirant parti du principe de superposition.

Ce principe énonce le "spin" d'un électron, une propriété fondamentale qui peut être orientée « vers le haut » ou « vers le bas, " est indéterminé, ce qui signifie qu'il peut s'agir de l'un ou des deux simultanément. Ainsi, alors qu'une rotation vers le haut ou vers le bas est similaire aux zéros et aux uns du code binaire, le principe de superposition signifie que les ordinateurs quantiques peuvent effectuer un nombre exponentiellement plus grand de calculs à un moment donné.

Au-delà de la capacité d'effectuer plus de fonctions, Hippke identifie quatre raisons possibles pour lesquelles une ETI opterait pour les communications quantiques. Il s'agit notamment de « gardiennage, " la suprématie quantique, sécurité des informations, et l'efficacité de l'information. « Elles sont préférées aux communications classiques en matière de sécurité et d'efficacité de l'information, et ils auraient échappé à la détection dans toutes les recherches précédentes, " il écrit."

L'utilisation des ordinateurs a considérablement évolué au cours du siècle dernier, des machines isolées au web mondial, et éventuellement à un réseau interplanétaire à l'avenir. En regardant vers l'avenir, Hippke soutient qu'il n'est pas exagéré de croire que l'humanité peut en venir à s'appuyer sur un réseau quantique interstellaire qui permet l'informatique quantique distribuée et la transmission de qubits sur de longues distances.

Partant de l'hypothèse que l'humanité n'est pas une valeur aberrante, mais représentatif de la norme (alias le principe copernicien), il est logique de supposer qu'une ETI avancée aurait déjà créé un tel réseau. Basé sur les recherches de l'humanité sur les communications quantiques, Hippke quatre méthodes possibles. Le premier est "le codage de polarisation, " qui s'appuie sur la polarisation horizontale et verticale de la lumière pour représenter les données.

La deuxième méthode implique l'"état de Fock" des photons, où un signal est codé en alternant entre un nombre discret de particules et le vide (similaire au code binaire). Les deux options restantes impliquent soit l'encodage time-bin (où l'arrivée précoce et tardive est utilisée) soit l'encodage de l'état cohérent de la lumière, où la lumière est comprimée en amplitude ou en phase pour simuler un code binaire.

Sécurité et suprématie

Parmi les nombreux avantages que les communications quantiques présenteraient pour une espèce technologiquement avancée, Gate-Keeping est particulièrement intéressant en raison des implications qu'il pourrait avoir pour SETI. Après tout, la disparité entre ce que nous supposons être la probabilité statistique d'une vie intelligente dans notre Univers et le manque de preuves pour cela (alias le paradoxe de Fermi) demande des explications. Comme Hippke le dit :

"ETI peut délibérément choisir de rendre les communications invisibles pour les civilisations moins avancées. Peut-être que la plupart ou la totalité des civilisations avancées ressentent le besoin de garder les "singes" hors du canal galactique, et laisser les membres ne participer qu'au-delà d'un certain minimum technologique. La maîtrise des communications quantiques peut refléter cette limite."

L'idée de la communication quantique a été défendue pour la première fois par Mieczyslaw Subotowicz, a professor of astrophysics at the Maria Curie-Sklodowska University in Lublin (Poland), in 1979. In a paper titled "Interstellar communication by neutrino beams, " Subotowicz argued that the difficulties this method presented would be a selling point to a sufficiently advanced extraterrestrial civilization (ETC).

By opting for a means of communication that has such a small cross-section, an ETC would only be able to communicate with similarly advanced species. Cependant, Hippke noted, this also makes it virtually impossible to detect entangled pairs of neutrinos. Pour cette raison, entangled photons would not only provide for gate-keeping, but they would also be detectable by those meant to receive them.

De la même manière, quantum communication is also preferable because of the security it allows for, which is one of the main reasons the technology is being developed here on Earth. Quantum key distribution (QKD) enables two parties to produce a shared key that can be used to encrypt and decrypt secret messages. In theory, this will lead to a new era where encrypted communications and databases are immune to conventional cyber attacks.

En outre, QKD has the unique advantage of letting the two parties detect a potential third party attempting to intercept their messages. Based on quantum mechanics, any attempt to measure a quantum system will collapse the wave function of any entangled particles. This will produce detectable anomalies in the system, which would immediately send up red flags. Said Hippke:

"We do not know whether ETI values secure interstellar communication, but it is certainly a beneficial tool for expansive civilizations which consist of actions, like humanity today. Par conséquent, it is plausible that future humans (or ETI) have a desire to implement a secure interstellar network."

Another major advantage to quantum computing is its ability to solve problems exponentially faster than its digital counterparts—what is known as "quantum supremacy." The classic example is Shor's algorithm, a polynomial-time quantum algorithm for factoring integers that a conventional computer would take years to solve, but a quantum computer could crack in mere seconds.

In traditional computing, public-key encryption (such as the RSA-2048 encryption) employs mathematical functions that are very difficult and time-consuming to compute. Given that they can accommodate an exponentially greater number of functions, it is estimated that a quantum computer could crack the same encryption in about ten seconds.

Durer, mais pas des moindres, there's the greater photon information efficiency (PIE) that quantum communications offer over classical channels—measured in bits per photon. According to Hippke, quantum communications will improve the bits per photon efficiency rating by up to one-third. In this regard, the desire for more efficient data transmissions will make the adoption of a quantum network something of an inevitability.

"Turned the other way around, classical channels are energetically wasteful, because they do not use all information encoding options per photon, " he writes. "A quantum advantage of order 1/3 does not seem like much, but why waste it? It is logical to assume that ETI prefers to transmit more information rather than less, per unit energy."

Défis

Bien sûr, no SETI-related pitch would be complete without mentioning the possible challenges. Pour commencer, there's the matter of decoherence, where energy (and hence, information) is lost to the background environment. Where transmissions through interstellar space are concerned, the main issues are distance, free electrons (solar wind), interplanetary dust, and the interstellar medium—low-density clouds of dust and gas.

"As a baseline, the largest distance over which successful optical entanglement experiments have been performed on Earth is 144 km, " notes Hippke. Since the mass density of the Earth's atmosphere is 1.2 kg m ^-3 , this means that a signal passing through a column 144 km (~90 mi) in length was dealing with a column density of 1.728×10 ⁵ kg m ^-2 . En revanche, the column density between Earth and the nearest star (Proxima Centauri) is eight orders of magnitude lower (3×10 ^-8 kg m ^-2 ).

Another issue is the delay imposed by a relativistic Universe, which means that messages to even the closest star systems would take years. Par conséquent, quantum computation is something that will be performed locally for the most part, and only condensed qubits will be transmitted between communication nodes. Avec ça en tête, there are a few indications humanity could be on the lookout for in the coming years.

What to Look For?

Depending on the method used to transmit quantum information, certain signatures would result that SETI researchers could identify. Maintenant, SETI facilities that conduct observations in the visible light spectrum are not equipped to receive quantum communications (since the technology does not exist yet). Cependant, they are equipped to detect photons, obtain spectra, and perform polarization experiments.

En tant que tel, argues Hippke, they would be able to tease out potential signals from the background noise of space. This is similar to what Professor Lubin suggested in a 2016 paper ("The Search for Directed Intelligence"), where he argued that optical signals (lasers) used for directed-energy propulsion or communications would result in occasional "spillover" that would be detectable.

In much the same way, "errant" photons could be collected by observatories and measured for signs of encoding using various techniques (including the ones identified in the study). One possible method Hippke recommends is long-duration interferometry, where multiple instruments monitor the amplitude and phase of electromagnetic fields in space over time and compare them to a baseline to discern the presence of encoding.

One thing bears consideration though:If by listening in on ETI quantum communications, won't that cause information to be lost? Et si oui, would the ETI in question not realize we were listening in? Assuming they were not aware of us before, they sure would be after all this went down! One might conclude that it would be better to not eavesdrop on the conversations of more advanced species!