Des chercheurs de QuTech ont réalisé une première mondiale dans le domaine de la technologie Internet quantique. Une équipe dirigée par le professeur Stephanie Wehner a développé un protocole dit de couche de liaison qui amène le phénomène d'intrication quantique de la physique expérimentale à un réseau quantique réel. Cela rapproche le jour où l'internet quantique pourra devenir une réalité, délivrant des applications impossibles à réaliser via Internet classique. Le travail a été présenté aujourd'hui à l'ACM SIGCOMM.

En informatique classique, un ensemble de couches logicielles appelées pile réseau permet aux ordinateurs de communiquer entre eux. À la base de la pile réseau se trouvent les protocoles de communication, comme le protocole Internet ou HTTP. Stephanie Wehner a expliqué qu'un protocole essentiel utilisé par un réseau est le protocole de couche de liaison, qui résout les problèmes causés par un matériel imparfait :« Nous utilisons tous les protocoles de couche de liaison classiques dans la vie quotidienne. Un exemple est le Wi-Fi, qui permet à un signal radio peu fiable, souffrant d'interruptions et d'interférences, d'être utilisé pour transmettre des données de manière fiable entre des appareils compatibles.

Un réseau quantique, basé sur la transmission de bits quantiques, ou qubits, nécessite le même niveau de fiabilité. Stéphanie Wehner dit, « Dans notre travail, nous avons proposé une pile de réseau quantique, et ont construit le premier protocole de couche liaison au monde pour un réseau quantique."

Il s'avère que les protocoles classiques existants ne peuvent pas aider dans le monde quantique. Un défi est présenté par les différences entre les technologies utilisées. Stéphanie Wehner :« Actuellement, les qubits ne peuvent pas être conservés en mémoire très longtemps. Cela signifie que les décisions de contrôle sur ce qu'il faut en faire doivent être prises très rapidement. En créant ce protocole de couche de liaison, nous avons surmonté les obstacles présentés par une physique très exigeante."

Il existe également des différences fondamentales entre un futur Internet quantique et l'Internet que nous voyons aujourd'hui. Stephanie Wehner a déclaré que deux bits quantiques peuvent être intriqués :« Un tel enchevêtrement est comme une connexion. C'est très différent de la situation des protocoles de couche de liaison classiques où nous n'envoyons généralement que des signaux. Dans ce cas, il n'y a aucun sentiment de connexion intégré à un niveau fondamental."

Internet quantique

Le phénomène d'intrication constitue la base d'un Internet quantique. Lorsque deux particules fondamentales sont enchevêtrées, ils sont liés les uns aux autres de telle manière que rien d'autre ne peut avoir aucune part de cette connexion. Le chercheur Axel Dahlberg a déclaré que cela permet une toute nouvelle gamme d'applications "La sécurité est une application importante. Il est physiquement impossible d'espionner une connexion réseau enchevêtrée entre deux utilisateurs. Pour donner un autre exemple, la technologie permet également une meilleure synchronisation d'horloge, ou il peut rejoindre des télescopes astronomiques très éloignés les uns des autres, ils agissent donc comme un énorme télescope unique."

Le chercheur Matthew Skrzypczyk a déclaré qu'une caractéristique importante de la pile de réseau quantique proposée et du protocole de couche de liaison est que tout futur logiciel écrit à l'aide du protocole sera compatible avec de nombreuses plates-formes matérielles quantiques. « Quelqu'un qui utilise notre protocole de couche de liaison n'a plus besoin de savoir quel est le matériel quantique sous-jacent. Dans notre article, nous étudions les performances du protocole sur les centres Azote-Vacancy en diamant, qui sont essentiellement de petits ordinateurs quantiques. Cependant, notre protocole peut également être mis en œuvre sur des pièges à ions, par exemple. Cela signifie également que notre protocole de couche liaison pourra être utilisé à l'avenir sur de nombreux types différents de matériel quantique. »

Construire un système de réseau quantique

Stephanie Wehner a déclaré que la prochaine étape consistera à tester et à démontrer un nouveau protocole de couche réseau utilisant le protocole de couche de liaison :« Notre protocole de couche de liaison nous permet de générer de manière fiable un enchevêtrement entre deux nœuds de réseau connectés par un lien physique direct, comme une fibre télécom. L'étape suivante consiste à produire un enchevêtrement entre des nœuds du réseau qui ne sont pas connectés directement par une fibre, à l'aide d'un nœud intermédiaire. Afin de réaliser des réseaux quantiques à grande échelle, il est important d'aller au-delà d'une expérience de physique, et avancer vers la construction d'un système de réseau quantique. C'est l'un des objectifs de la Quantum Internet Alliance (QIA) financée par l'UE."