Communications naturelles recherche publiée par une équipe internationale de Wits et de l'ICFO-Institut des sciences photoniques, qui démontre le transport de "modèles" de lumière de type téléportation - il s'agit de la première approche capable de transporter des images à travers un réseau sans envoyer physiquement l'image et un étape cruciale vers la réalisation d'un réseau quantique pour les états intriqués de grande dimension.
La communication quantique sur de longues distances fait partie intégrante de la sécurité de l'information et a été démontrée avec des états bidimensionnels (qubits) sur de très longues distances entre satellites. Cela peut sembler suffisant si l'on le compare à son homologue classique, c'est-à-dire l'envoi de bits pouvant être codés en 1 (signal) et en 0 (pas de signal), un à la fois.
Cependant, l'optique quantique nous permet d'augmenter l'alphabet et de décrire de manière sécurisée des systèmes plus complexes en un seul coup, comme une empreinte digitale unique ou un visage.
"Traditionnellement, deux parties communicantes envoient physiquement les informations l'une à l'autre, même dans le domaine quantique", explique le professeur Andrew Forbes, chercheur principal à l'Université Wits.
"Maintenant, il est possible de téléporter des informations afin qu'elles ne transitent jamais physiquement à travers la connexion - une technologie 'Star Trek' devenue réalité." Malheureusement, la téléportation n'a jusqu'à présent été démontrée qu'avec des états tridimensionnels (imaginez une image à trois pixels), nécessitant donc des photons intriqués supplémentaires pour atteindre des dimensions plus élevées.
Dans cette recherche, l’équipe a réalisé la première démonstration expérimentale du transport quantique d’états de grande dimension avec seulement deux photons intriqués comme ressource quantique, ce qui a donné l’impression que les informations sont « téléportées » de l’expéditeur au récepteur. Pour progresser, l'équipe a utilisé un détecteur optique non linéaire qui évite le besoin de photons supplémentaires tout en fonctionnant pour n'importe quel « modèle » qui doit être envoyé.
Ils font état d'un nouvel état de l'art en 15 dimensions, avec un schéma évolutif vers des dimensions encore plus élevées, ouvrant la voie à des connexions de réseaux quantiques avec une capacité d'information élevée.
Imaginez un client souhaitant envoyer des informations sensibles à une banque – une empreinte digitale, peut-être. Dans la communication quantique traditionnelle, l'information doit être envoyée physiquement du client à la banque, toujours avec un risque d'interception (même si elle est sécurisée). Dans le nouveau système de transport quantique proposé, la banque envoie un seul photon (un d'une paire intriquée) sans aucune information au client, qui le superpose sur un détecteur non linéaire avec les informations à envoyer.
En conséquence, les informations apparaissent à la banque exactement comme si elles y avaient été téléportées. Aucune information n'est jamais physiquement envoyée entre les deux parties, donc l'interception est infructueuse, tandis que le lien quantique reliant les parties est établi par l'échange de photons quantiques intriqués.
"Ce protocole présente toutes les caractéristiques de la téléportation, à l'exception d'un ingrédient essentiel :il nécessite un faisceau laser brillant pour rendre le détecteur non linéaire efficace afin que l'expéditeur puisse savoir ce qui doit être envoyé, mais n'ait pas besoin de le savoir", explique Forbes. .
"En ce sens, il ne s'agit pas strictement de téléportation, mais cela pourrait l'être dans le futur si le détecteur non linéaire pouvait être rendu plus efficace." Même dans son état actuel, il ouvre une nouvelle voie pour connecter les réseaux quantiques, ouvrant la voie à l'optique quantique non linéaire comme ressource.
"Nous espérons que cette expérience montrant la faisabilité du processus motivera de nouveaux progrès dans la communauté de l'optique non linéaire en repoussant les limites d'une mise en œuvre entièrement quantique", déclare le Dr Adam Vallés de l'ICFO (Barcelone), l'un des responsables du projet qui a travaillé sur l'expérience pendant sa bourse postdoctorale à Wits.
"Nous devons être prudents maintenant, car cette configuration ne pourrait pas empêcher un expéditeur tricheur de conserver de meilleures copies des informations à téléporter, ce qui signifie que nous pourrions nous retrouver avec de nombreux clones de M. Spock dans le monde de Star Trek si c'est ce que pense Scotty. recherché."
"D'un point de vue pratique, la configuration que nous démontrons actuellement peut déjà être utilisée pour établir un canal sécurisé de haute dimension pour les communications quantiques entre deux parties, à condition que le protocole n'ait pas besoin d'être alimenté par des photons uniques, comme ce serait le cas." c'est le cas des répéteurs quantiques."
Vallés ajoute :« Réaliser de telles expériences de validation de principe avec la technologie actuellement disponible a été un voyage intéressant, et nous devons remercier le Dr Bereneice Sephton de Wits pour sa détermination et l'ensemble des compétences nécessaires pour apprivoiser une telle bête expérimentale. est un véritable travail de laboratoire pour lequel elle mérite d'être félicitée. "
Forbes fait écho à ce sentiment :"Ce fut une expérience héroïque, et le Dr Bereneice Sephton doit être reconnue car c'est elle qui a fait fonctionner le système et réalisé les expériences clés."
L'équipe prévoit de continuer à travailler dans cette direction, la prochaine étape se concentrant sur le transport quantique à travers un réseau de fibre optique.
Plus d'informations : Bereneice Sephton et al, Transport quantique d'informations spatiales de grande dimension avec un détecteur non linéaire, Nature Communications (2023). DOI :10.1038/s41467-023-43949-x
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par l'Université Wits
