La communication quantique est au cœur de l'informatique quantique. Elle offre des avantages tels que la confidentialité absolue, une grande capacité de communication et une vitesse de transmission élevée. Elle permet de réaliser des tâches spécifiques inaccessibles aux communications classiques. Grâce à son système de clés privées indéchiffrables, la communication quantique garantit une sécurité optimale et se positionne ainsi à la pointe de la science et de la technologie mondiales. Elle utilise l'état quantique comme élément d'information pour une transmission efficace des données. Après le téléphone et la communication optique, elle représente une nouvelle révolution dans l'histoire des communications.
Les principaux composants de la communication quantique :
Distribution de clés secrètes quantiques :
La distribution de clés secrètes quantiques ne sert pas à transmettre des contenus confidentiels. Elle permet néanmoins d'établir et de communiquer un code chiffré, c'est-à-dire d'attribuer une clé privée aux deux parties lors d'une communication personnelle, ce que l'on appelle communément la communication cryptographique quantique.
En 1984, Bennett (États-Unis) et Brassart (Canada) ont proposé le protocole BB84, qui utilise des bits quantiques comme supports d'information pour encoder des états quantiques en exploitant les caractéristiques de polarisation de la lumière afin de générer et de distribuer de manière sécurisée des clés secrètes. En 1992, Bennett a proposé le protocole B92, basé sur deux états quantiques non orthogonaux, avec un flux simple et une efficacité de moitié. Ces deux schémas reposent sur un ou plusieurs ensembles d'états quantiques uniques, orthogonaux et non orthogonaux. Enfin, en 1991, Ekert (Royaume-Uni) a proposé le protocole E91, basé sur l'état d'intrication maximale à deux particules, à savoir la paire EPR.
En 1998, un autre schéma de communication quantique à six états a été proposé pour la sélection de la polarisation sur trois bases conjuguées composées de quatre états de polarisation et de rotations gauche et droite dans le protocole BB84. Ce protocole s'est avéré être une méthode de distribution critique sûre, restée inviolée à ce jour. Le principe d'incertitude quantique et de non-clonage quantique garantit sa sécurité absolue. Par conséquent, le protocole EPR revêt une importance théorique fondamentale. Il relie l'état quantique intriqué à la communication quantique sécurisée et ouvre une nouvelle voie pour ce domaine.
téléportation quantique :
La théorie de la téléportation quantique proposée par Bennett et d'autres scientifiques dans six pays en 1993 est un mode de transmission quantique pur qui utilise le canal de l'état intriqué maximal à deux particules pour transmettre un état quantique inconnu, et le taux de réussite de la téléportation atteindra 100 % [2].
En 1999, l'équipe autrichienne d'A. Zeilinger a réalisé la première vérification expérimentale du principe de téléportation quantique en laboratoire. Ce scénario est fréquent au cinéma : un personnage mystérieux disparaît soudainement d'un endroit pour réapparaître aussitôt ailleurs. Cependant, la téléportation quantique contrevient au principe de non-clonage quantique et à l'incertitude d'Heisenberg en mécanique quantique ; elle relève donc de la science-fiction dans le langage courant.
Cependant, le concept exceptionnel d'intrication quantique est introduit dans la communication quantique. Il divise l'information quantique inconnue de l'état initial en deux parties : l'information quantique et l'information classique, rendant ainsi possible ce miracle incroyable. L'information quantique correspond à l'information non extraite lors du processus de mesure, tandis que l'information classique correspond à la mesure initiale.
Progrès dans la communication quantique :
Depuis 1994, la communication quantique est progressivement entrée dans la phase expérimentale et s'est rapprochée de son objectif pratique, présentant un fort potentiel de développement et des retombées économiques importantes. En 1997, Pan Jianwei, un jeune scientifique chinois, et Bow Meister, un scientifique néerlandais, ont réalisé l'expérience et la transmission à distance d'états quantiques inconnus.
En avril 2004, Sorensen et al. ont réalisé pour la première fois une transmission de données sur 1,45 km entre banques grâce à la distribution d'intrication quantique, marquant ainsi le passage de la communication quantique du laboratoire à l'application concrète. Actuellement, la technologie de communication quantique suscite un vif intérêt auprès des gouvernements, de l'industrie et du monde universitaire. Plusieurs entreprises internationales de renom, telles que British Telephone and Telegraph Company, Bell, IBM, AT&T Laboratories aux États-Unis, Toshiba au Japon et Siemens en Allemagne, développent activement la commercialisation de l'information quantique. Par ailleurs, en 2008, le projet de l'Union européenne « Développement d'un réseau mondial de communication sécurisé basé sur la cryptographie quantique » a mis en place un réseau de démonstration et de vérification de communication sécurisée à sept nœuds.
En 2010, le magazine américain Time a relaté le succès de l'expérience chinoise de téléportation quantique sur 16 km dans sa rubrique « Actualités explosives », sous le titre « Un bond en avant pour la science quantique chinoise », indiquant ainsi que la Chine est capable d'établir un réseau de communication quantique entre le sol et un satellite [3]. La même année, l'Institut national japonais de recherche sur le renseignement et les communications, en collaboration avec Mitsubishi Electric, NEC, ID Quantified (Suisse), Toshiba Europe Limited et All Vienna (Autriche), a inauguré à Tokyo le réseau métropolitain de communication quantique à six nœuds, baptisé « Tokyo QKD Network ». Ce réseau met à profit les résultats de recherche les plus récents des institutions et entreprises les plus avancées dans le domaine des technologies de communication quantique au Japon et en Europe.
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Date de publication : 5 mai 2023