La course vers l’Internet de demain est lancée

En mai 2023, le Dr Benjamin Lanyon de l'Université d'Innsbruck, en Autriche, a franchi une étape importante vers la création d'un Internet d’un nouveau genre. Il est en effet parvenu à transférer des informations le long d'une fibre optique de 50 kilomètres en s’appuyant sur les principes de la physique quantique.

En physique quantique, les informations ne se présentent pas sous la forme d’unités de données (chiffres binaires) stockées et traitées par des ordinateurs comme c’est le cas dans l’actuel World Wide Web. Le domaine de la physique quantique couvre les propriétés et les interactions des molécules, des atomes et même de particules plus petites telles que les électrons et les photons.

La puissance des particules

Les bits quantiques, ou «qubits», devraient donner la possibilité de transmettre des informations de manière plus sécurisée du fait que les particules sont modifiées par l’observation ou la mesure. Cela signifie que les oreilles indélicates ne peuvent pas passer inaperçues.

M. Lanyon a déclaré que, d’après ses travaux, l’Internet quantique paraissait réalisable en ville, et que l’objectif suivant serait de couvrir des distances interurbaines plus longues.

«On pourrait imaginer couvrir une ville de grande taille», a-t-il déclaré.

Sa découverte s’inscrit dans un projet de recherche de l’UE ayant pour but de se rapprocher d’un Internet quantique.

Intitulé Quantum Internet Alliance, ou QIA, le projet rassemble des instituts de recherche et des entreprises de toute l’Europe. L’initiative est soutenue par l’UE à hauteur de 24 millions EUR sur trois ans et demi jusqu’à fin mars 2026.

«Le but n’est pas de remplacer l’Internet classique, mais de faire travailler ces deux types d’Internet ensemble», a déclaré Stéphanie Wehner, originaire d’Allemagne, qui coordonne le QIA et enseigne l’informatique quantique à l'Université technologique de Delft aux Pays-Bas. «Nous n'allons pas remplacer Netflix.»

Un des concepts clés de la physique quantique est l’intrication. Si deux particules sont intriquées, elles posséderont des propriétés similaires quelle que soit la distance qui les sépare dans l’espace. Par exemple, elles auront toutes deux la même mesure de ce qu’on appelle le «spin», une version quantique du sens de rotation des particules.

L’état de spin des particules n’est clair que lorsqu’elles sont observées. En attendant, elles sont dans plusieurs états appelés «superposition».

Mais lorsqu’on observe l’une des particules, c’est l’état des deux qui devient connu.

De nombreuses possibilités

Cette propriété s’avère utile dans les communications sécurisées. Les personnes qui piratent une transmission quantique laisseraient derrière elles une trace évidente de leur tentative en provoquant un changement d’état d’une particule observée.

«Nous pouvons utiliser les propriétés de l'intrication quantique pour mettre au point un moyen de communication protégé dont la sécurité est prouvée même si le hacker dispose d'un ordinateur quantique», a déclaré Mme Wehner.

Les communications sécurisées apportées par un Internet quantique pourraient ouvrir la voie à un éventail plus large d’applications dépassant largement les limites de l’Internet classique.

En médecine, par exemple, la physique de l’intrication permet d’accéder à un niveau de synchronisation de l’horloge qui peut améliorer la qualité de la téléchirurgie.

«Si je veux procéder à une intervention chirurgicale sur un nœud distant, je veux que la synchronisation soit très précise afin de ne commettre aucune erreur», a déclaré Mme Wehner.

L'astronomie devrait aussi profiter de cette technologie.

Les télescopes qui effectuent des observations à distance pourraient «utiliser un Internet quantique pour générer une intrication entre les capteurs afin d’obtenir une image du ciel de bien meilleure qualité», a déclaré Mme Wehner.

L’Internet quantique devrait aussi conduire à des améliorations au niveau des distributeurs automatiques de billets.

À l'heure actuelle, si un distributeur automatique tombe en panne lorsqu'une personne retire de l'argent, la machine suppose que l’argent n’a pas été remis alors qu'un autre distributeur enregistrerait un retrait d'argent. Un Internet quantique pourrait supprimer cette incohérence.

De nombreuses applications de l’Internet quantique ne seront probablement identifiées qu’une fois la technologie mise au point.

«Il apporte tout un monde de possibilités inédites pour effectuer des mesures précises de l'espace et du temps et étudier le fonctionnement du monde et de l'univers», a déclaré M. Lanyon.

Test de distance

La difficulté est maintenant de développer un Internet quantique à grande échelle de manière à pouvoir utiliser un grand nombre de particules sur de longues distances.

M. Lanyon et son équipe ont également démontré qu’il existait une communication non seulement entre des particules uniques, mais aussi entre des «trains» de particules (en l’occurrence des particules lumineuses appelées «photons»), ce qui a pour effet d’accélérer le taux d’intrication entre les nœuds quantiques.

«Si vous n'envoyez qu'un photon à la fois, vous devez patienter pendant le temps qu’il met pour se déplacer», a-t-il déclaré. «Mais si vous pouvez créer en une seule fois des trains de plusieurs photons, vous pouvez augmenter le taux d'intrication entre les nœuds quantiques sur les distances souhaitées.»

L’objectif ultime est d’étendre les nœuds quantiques sur des distances beaucoup plus importantes, par exemple sur 500 kilomètres, et de créer un prototype d’Internet quantique capable de relier des villes éloignées, de la même façon que l’Internet que l’on connaît utilise différents nœuds pour créer un Internet mondial.

Même si un Internet quantique pourrait être mis en service dès 2029 pour des applications spécialisées, les experts ne se hasardent pas à indiquer à quelle échéance une version complète pourrait être disponible pour répondre à un éventail plus large de cas d’utilisation.

«C'est une question très délicate», a déclaré Mme Wehner.

Tandis que le QIA perfectionne les composants et les systèmes de l'Internet quantique, l'Europe travaille aussi de son côté au développement des ordinateurs quantiques eux-mêmes.

En juin 2023, un partenariat européen entre entreprises publiques et privées, l’Entreprise commune européenne pour le calcul à haute performance, a annoncé que six pays d’Europe hébergeraient des ordinateurs quantiques. Les pays en question sont la République tchèque, la France, l'Allemagne, l'Italie, la Pologne et l'Espagne.

L’objectif est que l’Europe joue un rôle de leader dans la révolution des technologies quantiques. Les ordinateurs quantiques devraient apporter une puissance de calcul sans précédent adaptée à de nombreuses utilisations. Cette puissance permettrait notamment de percer les algorithmes de chiffrement qui sécurisent la plupart des échanges de l’Internet actuel.

Un secteur encombré

Alors que l’on estime que la moitié des systèmes de chiffrement les plus utilisés seront décryptés d’ici la fin de la décennie, l’Europe est loin d’être la seule à s’intéresser à la question.

Au cours des dernières années, la Chine et les États-Unis ont réalisé des progrès dans le domaine de l’informatique et de l’Internet quantiques.

En ce qui concerne l’infrastructure, l’Europe prend une autre direction. Elle est en train d’élaborer une infrastructure spatiale et terrestre intégrée dédiée aux communications sécurisées, qui constituerait en quelque sorte la pierre angulaire de l’Internet quantique.

«Je suis très fière de dire que nous sommes les leaders mondiaux dans de nombreux domaines», a déclaré Mme Wehner.

Bien qu’il reste encore beaucoup à faire dans tous les pays intéressés, les avantages potentiels de la technologie laissent entrevoir de nombreux progrès et découvertes d’ici peu.

«Les équipes développent de nouvelles applications de réseaux quantiques à un rythme assez soutenu», a indiqué M. Lanyon.

Cet article a été mis à jour le 12 octobre 2023 pour corriger un mot de la citation de Stéphanie Wehner, au 13^e paragraphe. Le mot «probable» a été remplacé par «prouvée».

Les recherches réalisées dans le cadre de cet article ont été financées par l’UE.

Plus d’infos

Cet article a été publié initialement dans Horizon, le magazine de l’UE dédié à la recherche et à l’innovation.