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Sciences

Nous devrions chercher des traces d’un internet quantique interstellaire !

Une vue de l'Australian Square Kilometre Array Pathfinder observant la Voie lactée, le réseau de radiotélescopes australien d'un kilomètre carré situé à l'Observatoire de radioastronomie de Murchison, dans le Midwest australien, en Australie-Occidentale. © Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO)
Written by admin7

Deux astrophysiciens de l’université d’Édinbourg, Arjun Berera et Jaime Calderón-Figueroa, ont récemment publié dans la célèbre revue Physical Review D un article qui aurait sans aucun doute retenu l’attention des membres fondateurs des concepts derrière le programme Seti, par exemple Carl Sagan. La publication est en accès libre sur arXiv et elle se penche sur la question de savoir si une civilisation technologiquement avancée ne pourrait pas utiliser une technologie issue de la théorie de l’information quantique, à savoir la téléportation d’un état quantique, pour communiquer avec d’autres membres de La chaine bleue, selon le titre de l’ouvrage de l’ancien président de Seti-France, Albert Ducros.

La question se pose d’autant plus que si la révolution du calcul quantique aboutit à certains des rêves de ses pionniers, une civilisation technologiquement avancée pourrait n’utiliser que des ordinateurs quantiques communiquant justement entre eux grâce à l’effet EPR derrière le concept de téléportation quantique. On soupçonne que l’on pourrait faire passer un bien plus grand nombre d’informations via la téléportation quantique qu’avec des ondes radio classiques. Sur Terre, on cherche d’ailleurs à développer une sorte d’internet quantique utilisant des faisceaux laser.

La téléportation quantique pour les nuls

Faisons quelques rappels au sujet de la téléportation quantique en reprenant ce que Futura avait déjà expliqué à ce sujet.

Tout commence en 1993 lorsque le physicien Charles Bennett et ses collègues (dont Gilles Brassard et Claude Crépeau) travaillant chez IBM ont publié un article dans lequel ils proposaient un protocole expérimental devant permettre la téléportation d’états quantiques. Quatre ans plus tard, l’Autrichien Anton Zeilinger publiait dans Nature un article annonçant qu’en compagnie d’autres chercheurs, il était parvenu à mettre en application les idées de Bennett pour faire de la téléportation quantique.

La performance et surtout le nom du phénomène ont bien sûr tout de suite déchaîné l’enthousiasme des fans de la série Star Trek, y voyant là l’espoir de rendre réel l’un des plus grands rêves de la science-fiction. Malheureusement, il y a peu de chance de voir un jour avec ce phénomène quantique les équivalents de Monsieur Spock et du capitaine Kirk disparaissant de la surface de Pandora ou d’une superterre pour réapparaître par téléportation à l’intérieur de l’Enterprise.

La raison en est que dans les expériences faites par les physiciens, seul un état quantique est téléporté, de l’information donc, pas de la matière. En outre, le système physique initial portant l’information est détruit. Dans le meilleur des cas, un clone complet, mémoire et état de conscience compris, d’un des personnages de Star Trek pourrait éventuellement être reconstruit à bord de l’Enterprise, mais l’original serait bel et bien mort.

La téléportation quantique en elle-même repose sur le phénomène d’intrication quantique découvert théoriquement par Einstein et Schrödinger dans les années 1930. C’est ce phénomène qui est au cœur du célèbre paradoxe EPR et dont l’existence a été vérifiée en 1982 par Alain Aspect et ses collègues.

Capsule produite pour l’émission Que sont devenues les découvertes de jadis, diffusée à Canal Savoir. Cet extrait retrace l’évolution d’une découverte de Gilles Brassard (Université de Montréal) et Claude Crépeau (Université McGill), sélectionnée parmi les 10 découvertes de l’année 1993 de Québec Science : la téléportation quantique. © Fonds de recherche du Québec

Lorsque deux particules sont intriquées quantiquement, certaines grandeurs physiques se trouvent déterminées pour l’une des deux particules quand on les mesure sur une autre. L’effet semble instantané et si Alice sur Terre fait une mesure sur une des particules intriquée avec celle de Bob à des milliers d’années-lumière, Bob aura des résultats de mesures sur sa propre particule qui dépendront de celle d’Alice, comme si un signal s’était propagé de Alice à Bob bien plus vite que la lumière d’après les expériences effectuées, mais qui ne prouvent pas que l’effet est vraiment instantané.

Toutefois, bien que des corrélations existent entre les deux particules qui sont transluminiques, il est impossible de faire un téléphone qui communiquerait plus vite que la lumière de cette façon.

On peut tout de même utiliser un état quantique porteur de beaucoup d’informations qui serait transféré sur la particule d’Alice, en effectuant certaines mesures, Alice téléporterait alors l’état quantique et toute l’information sur la particule de Bob.

Mais Bob ne pourrait pas extraire l’information codée dans sa particule en lui faisant subir certaines mesures sans savoir quels ont été les résultats des propres mesures d’Alice.

Si Alice s’est par exemple servie d’une série de paire de photons laser intriqués pour transmettre un état quantique, elle devra par exemple envoyer à Bob par ondes radio les résultats de ses mesures. On ne peut donc pas communiquer plus vite que la lumière entre les étoiles, même si l’on soupçonne que la quantité d’information transférable serait bien plus élevée en travaillant avec des ordinateurs quantiques connectés par téléportation quantique.

Faisons maintenant quelques rappels concernant le programme Seti et son histoire.

Seti sur la piste des lasers

L’une des motivations de Carl Sagan, lorsqu’il a aidé au développement du programme Search for Extra-Terrestrial Intelligence, était d’essayer de savoir si nous avions une chance de survivre au XXe et XXIe siècles. Concrètement Seti avait pour objectif initial de détecter les signaux d’une civilisation extraterrestre avec un radiotélescope et si possible déterminer si ces signaux contenaient un message à notre destination… Et de leur répondre.

La guerre froide battait son plein au siècle dernier et la prolifération des armes nucléaires n’augurait rien d’optimiste. Aujourd’hui, le spectre de la guerre atomique s’est éloigné. Pour autant, les conséquences du réchauffement climatique et la raréfaction des ressources naturelles, qui accompagnent notre monde surpeuplé et gagné par l’irrationalité, ne l’ont pas entièrement exorcisé. La découverte d’une ou de nombreuses civilisations E.T. pourrait nous redonner confiance dans un futur qui semble bien sombre, si l’on en croit les fameuses prédictions du rapport Meadows.

Or, la meilleure façon de détecter et d’entrer en contact avec une civilisation E.T. technologiquement avancée ne se trouve peut-être pas dans l’utilisation de radiotélescopes. Le moyen se situerait dans des projets consistant à tenter de détecter des émissions de civilisations E.T. sous forme d’impulsions laser, qu’elles soient le sous-produit de techniques de propulsion de voiles solaires interstellaires, par exemple comme celles du projet Breakthrough Starshot, ou de vraies tentatives de communications interstellaires. L’idée que des extraterrestres pouvaient préférer communiquer sur des distances interplanétaires, et même interstellaires, en utilisant des lasers, est ancienne. Elle a déjà été formulée par Schwartz et Townes en 1961, soit un an après l’invention du laser par Townes, et deux ans après que Cocconi et Morrison ont proposé le concept de base du programme Seti.

Quelques images de LaserSeti. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Seti Institute

Nous voici maintenant presque prêts à comprendre le travail de Arjun Berera et Jaime Calderón-Figueroa.

On a déjà fait de la téléportation quantique entre le sol terrestre et un satellite dans l’espace, les Chinois ont obtenu de remarquables performances ces dernières années à ce sujet. Au départ, ils ont utilisé une diode laser dont les photons ont été intriqués avec un dispositif d’optique non linéaire et envoyés dans l’espace pour tester des idées sur un internet quantique planétaire du futur.

Un des intérêts d’envoyer des photons dans l’espace est qu’ils traversent rapidement l’atmosphère terrestre pour entrer dans le vide spatial. Or il se trouve que tout comme dans le cas des ordinateurs, il faut résoudre le problème de la décohérence avec un internet quantique. En effet, l’état quantique porté par des photons est fragile et il peut être dégradé par l’environnement qu’ils traversent, ce qui limite la portée du transfert d’informations.

Les deux astrophysiciens se sont donc posé la question de savoir à quel point des photons intriqués envoyés, disons depuis la Terre en direction d’une exoplanète autour de Proxima du Centaure, pouvaient fidèlement téléporter de l’information. Plus généralement, quelle serait la perspective pour des distances interstellaires plus grandes dans la Voie lactée.

Ils ont ainsi tenu compte de l’absorption de la lumière par les gaz et les poussières, les perturbations des particules du plasma et des rayons cosmiques, jusqu’à l’influence de la gravité des étoiles, des photons du rayonnement fossile ou du Soleil.

Remarquablement, il n’y aurait pas vraiment de problème et en opérant avec des photons dans le domaine des rayons X on pourrait atteindre une distance de plusieurs millions d’années-lumière, donc carrément un internet quantique qui pourrait être intergalactique.

Concrètement, pour démontrer l’existence d’un transfert d’information par téléportation quantique d’origine E.T., il faudrait trouver un double signal en simultané, par exemple un faisceau laser dans le visible comme ceux que cherchent à détecter les membres de LaserSeti, associé à un signal radio qui donnerait les moyens de décrypter l’état quantique transféré par photons laser.

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