Chicago Quantum Exchange fait ses premiers pas vers un avenir qui pourrait révolutionner l'informatique et la médecine

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Des éclairs de ce qui pourrait devenir une nouvelle technologie transformatrice traversent un réseau de fibres optiques sous Chicago.

Des chercheurs ont créé l'un des plus grands réseaux au monde de partage d'informations quantiques, un domaine scientifique qui repose sur des paradoxes si étranges qu'Albert Einstein n'y croyait pas.

Le réseau, qui relie l'Université de Chicago au Laboratoire national d'Argonne à Lemont, est une version rudimentaire de ce que les scientifiques espèrent un jour devenir l'Internet du futur. Pour l'instant, il est ouvert aux entreprises et aux chercheurs pour tester les principes fondamentaux du partage d'informations quantiques.

Le réseau a été annoncé cette semaine par le Chicago Quantum Exchange, qui implique également le Fermi National Accelerator Laboratory, la Northwestern University, l'Université de l'Illinois et l'Université du Wisconsin.

Avec un investissement fédéral de 500 millions de dollars ces dernières années et 200 millions de dollars de l'État, Chicago, Urbana-Champaign et Madison constituent une région de premier plan pour la recherche sur l'information quantique.

Pourquoi est-ce important pour la personne moyenne ? Parce que l'information quantique a le potentiel d'aider à résoudre des problèmes actuellement insolubles, à la fois de menacer et de protéger des informations privées, et de mener à des percées dans les domaines de l'agriculture, de la médecine et du changement climatique.

Alors que l'informatique classique utilise des bits d'information contenant soit un 1 soit un zéro, les bits quantiques, ou qubits, sont comme une pièce lancée en l'air :ils contiennent à la fois un 1 et un zéro, à déterminer une fois qu'ils sont observés.

Cette qualité d'être dans deux ou plusieurs états à la fois, appelée superposition, est l'un des nombreux paradoxes de la mécanique quantique - comment les particules se comportent au niveau atomique et subatomique. C'est aussi un avantage potentiellement crucial, car il peut gérer des problèmes exponentiellement plus complexes.

Un autre aspect clé est la propriété d'intrication, dans laquelle des qubits séparés par de grandes distances peuvent toujours être corrélés, de sorte qu'une mesure à un endroit révèle une mesure éloignée.

Le réseau de Chicago récemment étendu, créé en collaboration avec Toshiba, distribue des particules de lumière, appelées photons. Essayer d'intercepter les photons les détruit ainsi que les informations qu'ils contiennent, ce qui les rend beaucoup plus difficiles à pirater.

Le nouveau réseau permet aux chercheurs de "repousser les limites de ce qui est actuellement possible", a déclaré David Awschalom, professeur à l'Université de Chicago et directeur du Chicago Quantum Exchange.

Cependant, les chercheurs doivent résoudre de nombreux problèmes pratiques avant que l'informatique quantique et la mise en réseau à grande échelle ne soient possibles.

Par exemple, des chercheurs d'Argonne travaillent à la création d'une "fonderie" où des qubits fiables pourraient être forgés. Un exemple est une membrane en diamant avec de minuscules poches pour contenir et traiter des qubits d'informations. Des chercheurs d'Argonne ont également créé un qubit en congelant du néon pour contenir un seul électron.

Étant donné que les phénomènes quantiques sont extrêmement sensibles à toute perturbation, ils pourraient également être utilisés comme de minuscules capteurs pour des applications médicales ou autres, mais ils devraient également être rendus plus durables.

Le réseau quantique a été lancé à Argonne en 2020, mais s'est maintenant étendu à Hyde Park et ouvert aux entreprises et aux chercheurs pour tester de nouveaux appareils de communication, protocoles de sécurité et algorithmes. Toute entreprise qui dépend d'informations sécurisées, telles que les dossiers financiers des banques ou les dossiers médicaux des hôpitaux, utiliserait potentiellement un tel système.

Les ordinateurs quantiques, bien qu'en cours de développement, pourraient un jour être capables d'effectuer des calculs beaucoup plus complexes que les ordinateurs actuels, tels que le repliement des protéines, ce qui pourrait être utile dans le développement de médicaments pour traiter des maladies telles que la maladie d'Alzheimer.

En plus de stimuler la recherche, le domaine quantique stimule le développement économique de la région. Une entreprise de quincaillerie, EeroQ, a annoncé en janvier qu'elle déménageait son siège social à Chicago. Une autre société de logiciels locale, Super.tech, a été récemment acquise, et plusieurs autres démarrent dans la région.

Parce que l'informatique quantique pourrait être utilisée pour pirater le cryptage traditionnel, elle a également attiré l'attention bipartite des législateurs fédéraux. La National Quantum Initiative Act a été promulguée par le président Donald Trump en 2018 pour accélérer le développement quantique à des fins de sécurité nationale.

En mai, le président Joe Biden a ordonné à l'agence fédérale de migrer vers la cryptographie résistante au quantum sur ses systèmes de défense et de renseignement les plus critiques.

Ironiquement, les problèmes mathématiques de base, tels que 5 + 5 =10, sont quelque peu difficiles grâce à l'informatique quantique. L'information quantique est susceptible d'être utilisée pour des applications haut de gamme, tandis que l'informatique classique continuera probablement d'être pratique pour de nombreuses utilisations quotidiennes.

Le célèbre physicien Einstein s'est moqué des paradoxes et des incertitudes de la mécanique quantique, affirmant que Dieu ne "joue pas aux dés" avec l'univers. Mais les théories quantiques se sont avérées correctes dans des applications allant de l'énergie nucléaire aux IRM.

Stephen Gray, scientifique principal à Argonne, qui travaille sur des algorithmes à exécuter sur des ordinateurs quantiques, a déclaré que le travail quantique est très difficile et que personne ne le comprend pleinement.

Mais il y a eu des développements significatifs dans le domaine au cours des 30 dernières années, conduisant à ce que certains scientifiques ont appelé en plaisantant Quantum 2.0, avec des avancées pratiques attendues au cours de la prochaine décennie.

"Nous parions que dans les cinq à 10 prochaines années, il y aura un véritable avantage quantique (par rapport à l'informatique classique)", a déclaré Gray. "Nous n'en sommes pas encore là. Certains opposants secouent leurs cannes et disent que cela n'arrivera jamais. Mais nous sommes positifs."

Tout comme les premiers travaux sur les ordinateurs conventionnels ont finalement conduit aux téléphones portables, il est difficile de prédire où mènera la recherche quantique, a déclaré Brian DeMarco, professeur de physique à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, qui travaille avec le Chicago Quantum Exchange.

"C'est pourquoi c'est une période passionnante", a-t-il déclaré. "Les applications les plus importantes restent à découvrir." + Explorer plus loin