Le domaine quantique détient la clé de la prochaine révolution des technologies de communication telles que nous les connaissons. Avec la promesse de performances sans précédent et d'une sécurité impénétrable, la technologie quantique fait ses premiers pas vers l'objectif ultime d'applications telles que des transactions financières hautement cryptées mais presque aussi rapides que la lumière. Cependant, la capacité des ordinateurs quantiques à communiquer entre eux a été limitée par les ressources nécessaires à de tels échanges, limiter la quantité d'informations pouvant être échangées, ainsi que la durée pendant laquelle il peut être stocké.

Des chercheurs basés au Japon ont fait un pas important vers la résolution de ces limitations de ressources. Ils ont publié leurs conclusions le 27 mai dans Lettres d'examen physique .

"Pour connecter des ordinateurs quantiques distants entre eux, nous avons besoin de la capacité d'effectuer des opérations de mécanique quantique entre eux sur de très longues distances, tout en maintenant leur importante cohérence quantique, " a déclaré le professeur Kae Nemoto, auteur de l'article et directeur du Global Research Center for Quantum Information Science à l'Institut national d'informatique (NII) au Japon.

"Toutefois, de façon intéressante, tandis que les ordinateurs quantiques ont émergé à petite échelle, la technologie de communication quantique est encore au niveau de l'appareil et n'a pas été intégrée pour réaliser des systèmes de communication. Dans ce travail, nous montrons une voie à suivre."

L'information quantique nécessite une protection contre la quantité importante de bruit qui l'entoure, ainsi que la tendance à la perte d'informations du message initial. Ce processus de protection est appelé correction d'erreur quantique, qui enchevêtre une information sur plusieurs qubits, l'unité la plus élémentaire de l'information quantique. Imaginez une lettre déchirée en neuf morceaux, chacun placé dans une enveloppe, avec chaque enveloppe envoyée à la même destination pour être réassemblée et lue. Dans le monde quantique, les enveloppes sont postées via des photons et il y a suffisamment d'informations dans chaque enveloppe pour recréer la lettre entière si l'une des enveloppes est perdue ou détruite.

« Les frais généraux pour protéger les informations quantiques du bruit et des pertes seront importants, et la taille des appareils nécessaires pour réaliser cela posera de sérieux problèmes, comme nous avons commencé à le voir dans le développement de l'informatique quantique d'aujourd'hui, " a déclaré Nemoto. " Alors que les efforts pour réaliser l'Internet quantique se déroulent dans le monde entier, il est important de le considérer comme un système, et pas de simples appareils."

Nemoto et son équipe ont résolu ce problème en utilisant un processus appelé multiplexage quantique, dans lequel ils ont réduit non seulement le bruit, mais aussi le nombre de ressources nécessaires pour transmettre l'information. En multiplexage, les informations contenues dans deux photons distincts sont combinées en un seul photon, comme deux enveloppes envoyées dans un portefeuille, les informations sont donc toujours protégées individuellement mais un seul tampon est nécessaire pour le transport.

« Dans ce système, la correction d'erreur quantique jouera un rôle essentiel, non seulement de protéger les informations quantiques transmises, mais aussi pour réduire considérablement les ressources nécessaires pour accomplir toutes les tâches dont on a besoin, " a déclaré le co-auteur de l'article William J. Munro, chercheur aux laboratoires de recherche fondamentale de NTT. "Le multiplexage quantique permet une réduction significative des ressources sans nécessiter le développement de nouvelles technologies pour de tels dispositifs de communication quantique."

Les chercheurs étendent actuellement leurs travaux à des scénarios de réseaux complexes quantiques à grande échelle.

"La révolution quantique nous a permis de concevoir et de créer de nouvelles technologies que l'on croyait auparavant impossibles dans notre monde classique, " a déclaré Nemoto. "Les ordinateurs quantiques à petite échelle ont déjà montré des performances de calcul meilleures que les plus grands supercalculateurs d'aujourd'hui. Cependant, de nombreuses autres formes de technologie quantique émergent et l'une des plus profondes pourrait être l'Internet quantique - une version quantique de l'Internet d'aujourd'hui - qui nous permettra de mettre en réseau des appareils ensemble, y compris les ordinateurs quantiques."

Prochain, les chercheurs s'appuieront sur les premières mesures qu'ils ont déjà prises pour augmenter à la fois la quantité d'informations et le temps de stockage.