L’internet quantique, expliqué
Les scientifiques pensent qu’il sera particulièrement utile pour les problèmes qui impliquent de nombreuses variables, telles que l’analyse des risques financiers, le cryptage des données et l’étude des propriétés des matériaux.
Les chercheurs doutent que les individus possèdent des ordinateurs quantiques personnels dans un avenir proche. Au lieu de cela, ils seront hébergés dans des établissements universitaires et des entreprises privées où ils seront accessibles via un service cloud.
Comment fonctionne l’internet quantique ?
Les ordinateurs quantiques utilisent des unités d’information fondamentales similaires aux bits utilisés dans l’informatique classique. Ceux-ci sont appelés qubits.
Cependant, contrairement aux bits informatiques conventionnels qui transmettent des informations sous forme de bits 0 ou 1, les bits transmettent des informations via une combinaison d’états quantiques, qui sont des conditions uniques que l’on ne trouve qu’à l’échelle subatomique.
Par exemple, un état quantique qui pourrait être utilisé pour coder des informations est une propriété appelée spin, qui est le moment cinétique intrinsèque d’un électron. Spin peut être considéré comme une petite aiguille de boussole qui pointe vers le haut ou vers le bas. Les chercheurs peuvent manipuler cette aiguille pour coder des informations dans les électrons eux-mêmes, un peu comme ils le feraient avec des bits conventionnels, mais dans ce cas, les informations sont codées dans une combinaison d’états possibles. Les qubits ne sont ni 0 ni 1, mais plutôt les deux et aucun, dans un phénomène quantique appelé superposition.
Cela permet aux ordinateurs quantiques de traiter les informations d’une manière totalement différente de leurs homologues conventionnels, et donc ils peuvent résoudre certains types de problèmes qui prendraient même des décennies aux plus grands supercalculateurs. Ce sont des problèmes comme la factorisation de grands nombres ou la résolution de calculs logistiques complexes (voir le problème du voyageur de commerce). Les ordinateurs quantiques seraient particulièrement utiles pour la cryptographie ainsi que pour découvrir de nouveaux types de médicaments pharmaceutiques ou de nouveaux matériaux pour les cellules solaires, les batteries ou d’autres technologies.
Mais pour libérer ce potentiel, un ordinateur quantique doit être capable de traiter un grand nombre de qubits, plus qu’aucune machine ne peut gérer à l’heure actuelle. Autrement dit, à moins que plusieurs ordinateurs quantiques ne puissent être reliés via Internet quantique et que leur puissance de calcul ne soit mise en commun, créant un système beaucoup plus performant.
Il existe plusieurs types de qubits différents en développement, et chacun présente des avantages et des inconvénients distincts. Les qubits les plus couramment étudiés aujourd’hui sont les points quantiques, les pièges à ions, les circuits supraconducteurs et les qubits de spin défectueux.
Que peut faire l’internet quantique ?
Comme de nombreuses avancées scientifiques, nous ne comprendrons pas tout ce que l’Internet quantique peut faire tant qu’il n’aura pas été pleinement développé.
Il y a 60 ans, peu de gens pouvaient imaginer qu’une poignée d’ordinateurs interconnectés engendrerait un jour le paysage numérique tentaculaire que nous connaissons aujourd’hui. L’internet quantique présente une inconnue similaire, mais un certain nombre d’applications ont été théorisées et certaines ont déjà été démontrées.
Grâce aux propriétés quantiques uniques des qubits, les scientifiques pensent que l’Internet quantique améliorera considérablement la sécurité de l’information, rendant presque impossible l’interception et le déchiffrement des messages chiffrés quantiques. La distribution de clé quantique, ou QKD, est un processus par lequel deux parties partagent une clé cryptographique sur un réseau quantique qui ne peut pas être intercepté. Plusieurs entreprises privées proposent déjà le processus, et il a même été utilisé pour sécuriser des élections nationales.
Dans le même temps, les ordinateurs quantiques constituent une menace pour la communication cryptée traditionnelle. RSA, la norme actuelle de protection des informations numériques sensibles, est presque impossible à casser pour les ordinateurs modernes ; cependant, les ordinateurs quantiques dotés d’une puissance de traitement suffisante pourraient dépasser le cryptage RSA en quelques minutes ou secondes.
Un réseau quantique pleinement réalisé pourrait améliorer considérablement la précision des instruments scientifiques utilisés pour étudier certains phénomènes. L’impact d’un tel réseau serait de grande envergure, mais l’intérêt initial s’est concentré sur les ondes gravitationnelles des trous noirs, la microscopie et l’imagerie électromagnétique.
La création d’un Internet purement quantique soulagerait également le besoin d’informations quantiques pour faire la transition entre les systèmes classiques et quantiques, ce qui constitue un obstacle considérable dans les systèmes actuels. Au lieu de cela, cela permettrait à un ensemble d’ordinateurs quantiques individuels de traiter les informations comme une seule machine conglomérale, leur donnant une puissance de calcul bien supérieure à ce qu’un seul système pourrait commander seul.
« L’Internet quantique représente un changement de paradigme dans la façon dont nous pensons à la communication mondiale sécurisée », a déclaré David Awschalom, professeur de la famille Liew en génie moléculaire et physique à l’Université de Chicago, directeur du Chicago Quantum Exchange et directeur de Q-NEXT. , un centre des sciences de l’information quantique du département de l’énergie à Argonne. « Être capable de créer un réseau enchevêtré d’ordinateurs quantiques nous permettrait d’envoyer des messages cryptés impossibles à pirater, de maintenir la technologie en parfaite synchronisation sur de longues distances à l’aide d’horloges quantiques et de résoudre des problèmes complexes avec lesquels un ordinateur quantique pourrait lutter seul – et ce ne sont que certaines des applications que nous connaissons actuellement. L’avenir est susceptible de nous réserver des découvertes surprenantes et percutantes à l’aide de réseaux quantiques.
À quelle distance se trouve l’Internet quantique ?
À ce jour, personne n’a réussi à créer un réseau quantique soutenu à grande échelle, mais des avancées majeures ont été réalisées.
En 2017, des chercheurs de l’Université des sciences et technologies de Chine ont utilisé des lasers pour transmettre avec succès des photons intriqués entre un satellite en orbite et des stations au sol à plus de 700 miles en dessous. L’expérience a montré la possibilité d’utiliser des satellites pour faire partie d’un réseau quantique, mais le système n’a pu récupérer qu’un photon sur 6 millions, trop peu pour être utilisé pour une communication fiable.