Un satellite chinois est un pas de géant pour l’internet quantique

Un satellite chinois, prévu pour être lancé en aout 2016, est le premier d’une série de sondes qui va effectuer des expériences quantiques dans l’espace. L’objectif est de développer des méthodes de chiffrement et de communication en utilisant les principes de la physique quantique.


Le lancement d'un satellite chinois est une étape majeure pour le chiffrement quantique et l'avènement de l'internet quantique.
Ce satellite chinois contient un cristal qui permet de produire des photons intriqués nécessaires au chiffrement quantique

La va lancer le premier qui va effectuer des expériences quantiques. Une flotte de sondes similaires va être lancée dans les prochaines années. Si les expériences réussissent, alors on pourrait avoir des satellites chinois pour créer des communications très sécurisées et en pouvant connecter potentiellement toutes les personnes n’importe où dans le monde. Mais des groupes au Canada, au Japon, en Italie et à Singapour envisagent aussi des plans pour des expériences spatiales quantiques.

Une nouvelle course à l’espace pour le

Je pense qu’une nouvelle course est lancée selon Chaoyang Lu, un physicien de l’University of Science and Technology of China à Hefei qui travaille avec l’équipe qui conçoit le satellite. Ce dernier, d’un poids de 600 kg, est le dernier d’une série de satellites chinois, qui seront lancés en aout 2016 à partir du Jiuquan Satellite Launch Center. L’académie chinoise et autrichienne des sciences est partenaires pour cette mission de 100 millions de dollars.

Les communications quantiques sont sécurisées parce qu’on peut détecter la moindre variation. 2 parties peuvent communiquer en toute discrétion en partageant une clé de chiffrement qui est encodée dans la polarisation d’une chaine de photons. Si une entité tente d’intercepter cette clé, alors cela laisse une marque qui est facilement identifiable.

Actuellement, les scientifiques ont prouvé la jusqu’à 300 kilomètres. Les photons qui traversent à travers les fibres optiques peuvent être absorbés et éparpillés par l’air sans oublier qu’il est très difficile de préserver la fragilité de l’état quantique d’un photon. Les chercheurs chinois espèrent que la transmission des photons dans l’espace permettra de communiquer sur de plus grandes distances.

Au coeur de leur satellite, on trouve un cristal qui produit une paire de photons intriqués dont les propriétés restent jumelées indépendamment de leur distance de séparation. La première tâche du satellite sera d’activer les partenaires de ces paires qui se trouvent dans des stations terrestres à Pékin et à Vienne. Ensuite, on va les utiliser pour générer une clé secrète.

Pendant la mission de 2 ans, l’équipe envisage aussi d’effectuer une mesure statistique connue comme le test de Bell pour prouver que l’intrication quantique peut exister entre des particules sur une distance de 1200 kilomètres. Même si la théorie quantique prédit que l’intrication va résister à n’importe quelle distance, il faut le prouver avec un test de Bell. L’équipe va aussi tenter de téléporter des états quantiques, en utilisant une paire intriquée de photons avec de l’information qui est transmise de manière conventionnelle pour reconstruire l’état quantique du photon dans une nouvelle localisation. Si le premier satellite est une réussite, alors la Chine va en lancer plusieurs selon Lu. Il faudra environ 20 satellites pour activer des communications sécurisées pour couvrir le monde entier.

Les autres approches du chiffrement quantique

Les équipes, en dehors de la Chine, utilisent une approche différente. Une collaboration entre la National University of Singapore (NUS) et l’University of Strathclyde au Royaume-Uni, utilise des satellites de 5 kg plus abordables (qu’on connait comme des Cubesats) pour faire des expériences quantiques. L’année dernière, l’équipe a lancé un Cubesat qui a créé et mesuré une paire de photons corrélés en orbite. L’année prochaine, elle espère lancer un appareil qui va produire des paires totalement intriquées.

Avec un prix de seulement 100 000 dollars, les Cubesats permettront d’avoir des communications quantiques accessibles à tous selon Alexander Ling, un physicien du NUS qui dirige le projet. Une équipe canadienne propose de générer des paires de photons intriqués sur Terre et d’en lancer une certaine quantité à un micro-satellite qui pèse moins de 30 kg. C’est plus abordable que de générer des photons dans l’espace selon Brendon Higgins, un physicien à l’université de Waterloo qui fait partie de l’équipe du Canadian Quantum Encryption and Science Satellite (QEYSSat). Mais l’envoi de photons dans un satellite en mouvement est un défi. Et l’équipe va d’abord le tester en utilisant un récepteur de photon dans un avion.

On a également une approche plus simple, qui a été lancée par une équipe à l’université de Padoue en Italie dirigée par Paolo Villoresi. Cela consiste à ajouter des réflecteurs et d’autres équipements sur des satellites conventionnels. L’année dernière, l’équipe a montré que les photons, qui revenaient sur Terre en provenant d’un satellite, maintenaient leurs états quantiques avec une marge d’erreur suffisamment faible pour le chiffrement quantique. En principe, la méthode peut être utilisée pour générer des clés secrètes même si c’est plus lent qu’avec des installations plus complexes.

Les chercheurs ont aussi proposé une expérience quantique à bord de la Station Spatiale internationale (ISS) qui intriquerait simultanément les états de 2 propriétés différentes d’un photon et c’est une technique connue comme l’hyper-intrication (PDF) pour proposer une téléportation plus fiable et plus performante. Toutes ces expériences se concentrent sur la sécurité des communications, mais ces satellites sont une étape majeure pour l’ qui sera constituée d’ordinateurs quantiques autour du monde ou un Cloud quantique selon Paul Kwiat, un physicien de l’université de l’Illinois qui travaille avec la NASA sur le projet de l’ISS.

Une étape majeure pour l’internet quantique

L’internet quantique impliquera une combinaison de satellites et de liens basés sur Terre selon Anton Zeilinger, un physicien de l’académie autrichienne des sciences à Vienne. Ce chercheur avait tenté de lancer un satellite quantique européen sans succès et il avait fini par rejoindre l’équipe chinoise. Mais certains problèmes persistent. Par exemple, les physiciens devront trouver un moyen pour que les satellites communiquent directement les uns avec les autres afin de perfectionner la technique pour intriquer des photons provenant de sources différentes. Et il faudra booster le taux de transfert en utilisant des photons uniques pour passer du mégabit jusqu’au gigabit par seconde.

Si l’équipe chinoise réussit, alors cela facilitera le travail pour les autres groupes selon Zeilinger. Les États-Unis sont assez discrets sur cette nouvelle course à l’espace, mais ce n’est pas par dédain, car Zeilinger suggère que le sujet est confidentiel. Éventuellement, la téléportation quantique dans l’espace permettra aux chercheurs de combiner des photons des satellites pour créer un télescope distribué avec une ouverture de la taille de la Terre. Vous ne pourriez pas voir seulement des planètes, mais vous pourriez lire une plaque d’immatriculation sur Jupiter selon Kwiat.

 

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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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