Le physicien français Alain Aspect a contribué à prouver l’étrange théorie de l’intrication quantique. (Image : wikimedia / Thaler Tamás / CC BY-SA 3.0)
Albert Einstein a qualifié l’intrication quantique d’« action étrange à distance » en raison de son comportement étrange qui semble enfreindre l’une des règles fondamentales de l’univers, la vitesse de la lumière.
Les scientifiques ont observé qu’une fois que deux ou plusieurs particules sont intriquées, un changement dans le spin de l’une d’elles se répercute instantanément sur toute particule intriquée, quelle que soit la distance qui les sépare. Ainsi, deux particules pourraient être séparées par des années-lumière, une de chaque côté de l’univers, et un changement dans l’une se répercuterait instantanément sur l’autre.
Comment et pourquoi ce transfert de données s’opère-t-il ? Les plus grands esprits du monde restent perplexes à ce sujet. Cela n’a cependant pas empêché les ingénieurs d’exploiter ce phénomène pour créer des ordinateurs et des plates-formes de communication entièrement nouveaux, et même pour « téléporter » des informations.
L’intrication dans les ordinateurs quantiques
L’intrication est un processus fondamental pour le fonctionnement des ordinateurs quantiques. Selon Azure Quantum de Microsoft, « l’intrication est utilisée pour permettre le parallélisme quantique, c’est-à-dire la capacité des ordinateurs quantiques à effectuer plusieurs calculs simultanément ».
Alors que les ordinateurs classiques utilisent des bits pour calculer, les ordinateurs quantiques utilisent ce que l’on appelle des qubits.
Un qubit, ou bit quantique, est l’unité de base de l’information quantique dans l’informatique quantique. Contrairement à un bit classique, qui peut être soit 0 soit 1, un qubit peut être dans un état 0, 1, ou les deux simultanément, grâce à une propriété appelée superposition. Cela permet aux ordinateurs quantiques d’effectuer des calculs complexes plus efficacement que les ordinateurs classiques.
Microsoft explique comment il exploite l’intrication quantique de la manière suivante : « considérons deux qubits qui sont initialement préparés dans un état intriqué. Si une mesure est effectuée sur l’un des deux qubits et qu’il se trouve dans l’état |0⟩, alors l’état de l’autre qubit s’effondre immédiatement dans l’état |0⟩. De même, si le premier qubit est mesuré dans l’état |1⟩, l’état du second qubit s’effondre également dans l’état |1⟩. »
L’intrication permet aux ordinateurs quantiques de mettre en œuvre diverses fonctions et algorithmes qu’il serait impossible d’exécuter sur un ordinateur classique. Elle permet la téléportation quantique que nous explorerons plus en détail un peu plus loin, qui, selon Azure Quantum de Microsoft, « permet le transfert d’états quantiques entre deux systèmes distants. »
L’intrication est également essentielle à la correction des erreurs dans les ordinateurs quantiques. La correction d’erreurs est nécessaire pour garantir que les informations produites par les ordinateurs quantiques sont correctes et pour protéger les informations de la décohérence.
En termes simples, la décohérence se produit lorsqu’un qubit perd ses propriétés quantiques, comme la superposition, en raison d’interactions avec son environnement. Le qubit se comporte alors davantage comme un bit classique, ce qui peut perturber les calculs.
Les facteurs environnementaux peuvant conduire à la décohérence incluent les interactions avec un champ électromagnétique, une collision avec une autre particule ou des fluctuations de température. Ces types d’interactions interrompent l’état du qubit et lui font perdre sa cohérence.
En résumé, les ordinateurs quantiques, qui permettront de résoudre des problèmes complexes beaucoup plus efficacement que les ordinateurs classiques, d’améliorer la cryptographie et la sécurité, d’optimiser de grands systèmes tels que les chaînes d’approvisionnement et de faire progresser des domaines tels que la médecine, seraient impossibles sans le phénomène de l’intrication quantique.
L’intrication quantique pour améliorer la communication
L’intrication quantique pourrait un jour améliorer la communication en permettant aux personnes et aux ordinateurs de partager des informations sur des distances incroyables d’une manière à la fois sércurisée et instantanée.
Imaginez que vous êtes sur Terre et que vous communiquez avec une colonie éloignée sur Mars. Communiquer à de telles distances serait très difficile et lent avec la technologie actuelle. Actuellement, il faut en moyenne 13 minutes à un signal pour aller de Mars à la Terre. Lorsque Mars est au plus près de la Terre, cela prend environ trois minutes, et lorsqu’elle est à sa plus grande distance de la Terre, il faut environ 20 minutes.
L’exploitation de l’intrication quantique permettrait d’éliminer totalement ce décalage horaire et d’établir une communication instantanée avec les colonies éloignées.
L’Internet quantique, actuellement en construction aux États-Unis, repose également sur l’intrication quantique.
Ce phénomène est utilisé pour développer l’Internet de la prochaine génération en garantissant des canaux de communication sécurisés entre les nœuds distants du réseau.
Grâce aux qubits intriqués, les informations peuvent être transmises de manière sécurisée et instantanée.
Le ministère américain de l’énergie a commencé à travailler sur cette nouvelle infrastructure en juillet 2020, lorsque Paul Dabbar, alors sous-secrétaire aux sciences, a annoncé le plan directeur de l’Amérique pour l’Internet quantique.
Actuellement, les développeurs ont mené avec succès des expériences de communication quantique sur de longues distances et sont parvenus à connecter plusieurs appareils quantiques.
Téléportation quantique
L’intrication quantique permet également un processus appelé « téléportation quantique ».
Il ne s’agit pas d’une téléportation au sens classique du terme, comme celle que l’on voit dans Star Trek, mais elle partage quelques similitudes avec elle.
Il s’agit d’un processus qui permet le transfert d’informations d’un endroit à un autre sans déplacer les particules physiques elles-mêmes.
Ainsi, contrairement aux ordinateurs classiques, qui transmettent des paquets physiques d’un appareil à un autre via un réseau, la téléportation quantique ne transmet rien de physique.
Encore une fois, cela serait impossible sans l’intrication quantique.
Avec la téléportation quantique, lorsqu’un élément d’information intriqué change d’état, le partenaire intriqué reflète instantanément ce changement, quelle que soit sa distance.
Cela permet de recréer l’état d’origine au nouvel emplacement, « téléportant » ainsi efficacement les informations.
Les chercheurs continuent d’explorer la nature fondamentale de l’intrication, un phénomène qui va à l’encontre de nos expériences quotidiennes et de notre intuition sur la façon dont les objets devraient se comporter.
La théorie quantique et tous ses principes sont souvent contre-intuitifs, ce qui les rend très difficiles à comprendre. Les mathématiques qui sous-tendent les principes quantiques sont extraordinairement complexes et l’expérimentation à l’aide des principes quantiques est à la fois techniquement exigeante et difficile à réaliser correctement.
