L'information quantique repose sur la possibilité d'écrire des messages dans une particule quantique et de les lire de manière fiable. Si, cependant, la particule est relativiste, ce qui signifie qu'il se déplace avec des vitesses proches de la vitesse de la lumière, il est impossible pour les techniques classiques de décoder le message sans ambiguïté, et la communication échoue donc.

Grâce à l'introduction d'une nouvelle méthode, des chercheurs de l'Université de Vienne et de l'Académie autrichienne des sciences ont développé un décodage fiable des messages quantiques transmis à des vitesses extrêmement élevées. Les résultats, publié dans la revue Lettres d'examen physique , ouvre de nouvelles possibilités d'applications technologiques dans l'information quantique et la communication quantique.

Imaginez la situation suivante :Anna et Bill veulent échanger un message en utilisant une propriété d'une particule quantique, disons le spin d'un électron, qui est une forme intrinsèque de rotation des particules. Bill a besoin du message d'Anna le plus rapidement possible, Anna doit donc envoyer l'électron à la vitesse maximale, très proche de la vitesse de la lumière. Étant donné qu'Anna a localisé l'électron dans son laboratoire, le principe d'incertitude de Heisenberg interdit de définir la vitesse de l'électron avec une précision arbitraire. Lorsque l'électron se déplace à une vitesse extrêmement élevée, l'interaction entre la relativité restreinte et la physique quantique provoque l'intrication du spin et de la vitesse de l'électron. En raison de cette corrélation, ce qui est plus fort que ce qui est classiquement possible, Bill n'est pas capable de lire le spin avec la méthode standard. Anna et Bill peuvent-ils améliorer leur stratégie de communication ?

Un groupe de chercheurs dirigé par Časlav Brukner de l'Université de Vienne et de l'Institut d'optique quantique et d'information quantique (IQOQI-Vienne) de l'Académie autrichienne des sciences a introduit une nouvelle alternative à l'alphabet standard utilisé par Anna et Bill. Leur technique garantit que le message, écrit par Anna et lu par Bill, peut être décodé sans ambiguïté, même lorsque la particule se comporte selon les deux mécaniques quantiques, à cause du principe d'incertitude de Heisenberg, et relativité restreinte, en raison de sa très grande vitesse.

La nouvelle méthode telle que présentée dans la revue Lettres d'examen physique offre une nouvelle définition du spin des particules quantiques qui se déplacent très rapidement. Ainsi, il modifie à la fois la façon dont Anna écrit le message et la façon dont Bill le lit. La clé de cette technique est une "traduction" de la façon dont le message serait écrit et lu entre l'alphabet standard, utilisé lorsque l'électron est au repos, et le nouvel alphabet, utilisé lorsque l'électron se déplace très rapidement.

"Ces résultats sont révélateurs que cette procédure de traduction pourrait s'ouvrir à de nouvelles applications en information quantique relativiste, " dit Flaminia Giacomini, l'auteur principal de l'article. Par exemple, cette technique pourrait être utile dans la communication quantique par satellite dans laquelle une particule transportant un message doit voyager rapidement entre deux points éloignés.