La communication quantique, contrairement à son homologue classique, utilise les principes de la mécanique quantique pour transmettre des informations. Cela offre un potentiel important pour les méthodes de communication sécurisées et a retenu l’attention de la communauté scientifique. Cependant, l’information quantique est intrinsèquement fragile et sujette aux erreurs, principalement dues aux interactions avec son environnement.
La correction d'erreur quantique (QEC) a été proposée comme solution à ces défis. En incorporant des qubits redondants dans les informations transmises et en effectuant des opérations spécifiques, les techniques QEC peuvent détecter et corriger les erreurs pouvant survenir lors de la transmission. Cependant, l’approche conventionnelle de la QEC implique des interactions multi-qubits complexes qui nécessitent un contrôle précis et une rétroaction en temps réel, considérées comme des obstacles importants à sa mise en œuvre.
Dans leur étude, le Dr Simmons et ses collègues ont réussi à surmonter ces défis grâce à une nouvelle approche faisant appel à un système hybride quantique-classique. Ils ont réalisé le QEC en entrelaçant le calcul quantique dans des qubits à l'état solide avec le calcul classique sur un réseau de portes programmables sur site (FPGA). Cette configuration permettait une correction d'erreur en temps réel pendant la transmission des informations quantiques.
L’équipe a mis en œuvre un protocole QEC connu sous le nom de code à trois qubits. Ce protocole nécessite trois qubits physiques pour coder un seul qubit d'informations quantiques. En tirant parti du FPGA pour la surveillance en temps réel, les erreurs ont été détectées et corrigées en temps réel, préservant ainsi l'intégrité des informations quantiques transmises.
La démonstration de la QEC en temps réel constitue une avancée majeure dans le domaine des communications quantiques. Il ouvre la voie au développement de réseaux de communication quantique plus fiables, qui pourraient constituer la base de protocoles de communication ultra-sécurisés et de progrès en matière d’informatique quantique et de détection quantique.
Pour mieux comprendre l'importance de cette réalisation, approfondissons les implications et les applications potentielles de la QEC en temps réel dans les communications quantiques :
1. Communication sécurisée :la communication quantique offre la promesse de canaux de communication incassables, en particulier dans les scénarios impliquant un échange d'informations sensibles ou des communications diplomatiques. Cependant, il est primordial de protéger la transmission des informations quantiques contre les erreurs et les tentatives d’écoute clandestine pour exploiter tout le potentiel des réseaux quantiques. Le QEC en temps réel améliore la sécurité des communications quantiques en détectant et en corrigeant les erreurs pouvant résulter du bruit et d'autres effets indésirables.
2. Informatique quantique :Le développement des ordinateurs quantiques a suscité une attention considérable en raison de leur potentiel d'accélération exponentielle dans la résolution de problèmes informatiques complexes qui sont actuellement insolubles avec les ordinateurs classiques. Cependant, les ordinateurs quantiques sont extrêmement sensibles aux erreurs, ce qui limite leurs applications pratiques. La possibilité d'effectuer des QEC en temps réel ouvre de nouvelles possibilités pour réaliser un calcul quantique fiable en traitant et en atténuant les erreurs lorsqu'elles se produisent pendant les calculs.
3. Détection quantique :les capteurs quantiques utilisent des phénomènes quantiques pour mesurer les propriétés physiques avec une sensibilité exceptionnelle, dépassant de loin les capteurs classiques. La QEC en temps réel peut améliorer l’exactitude et la précision des capteurs quantiques en minimisant l’impact du bruit ambiant et d’autres sources d’erreurs susceptibles de compromettre les résultats des mesures. Cela pourrait permettre des progrès dans des domaines tels que la détection biomédicale, la microscopie et la détection des ondes gravitationnelles.
4. Métrologie quantique :la métrologie quantique exploite les principes quantiques pour améliorer la précision de diverses mesures, telles que le chronométrage, les mesures de distance et la détection de champ magnétique. La QEC en temps réel peut atténuer les effets de décohérence et d’imprécision, permettant ainsi des mesures très précises et de meilleures performances des dispositifs métrologiques quantiques.
En conclusion, la démonstration de la correction des erreurs quantiques en temps réel par des physiciens de l’UNSW représente une étape importante dans le domaine des communications quantiques. En surmontant les défis associés aux approches QEC conventionnelles, cette percée est prometteuse pour le développement de réseaux de communication quantique plus sécurisés et pour les progrès de l'informatique quantique, de la détection quantique, de la métrologie quantique et des technologies associées.
