L'expérience des signes a montré que la messagerie quantique est plus rapide que la messagerie classique

Des chercheurs d'un laboratoire parisien ont montré pour la première fois que les méthodes quantiques de transmission d'informations sont meilleures que les méthodes classiques

Les communications quantiques vous permettent d'envoyer des informations d'un certain type en utilisant de manière exponentielle moins de bits que ce qui est requis pour les communications classiques

Les ordinateurs quantiques sont encore un rêve, mais l'ère des communications quantiques est déjà arrivée. Une nouvelle expérience à Paris a pour la première fois démontré que les communications quantiques sont supérieures aux méthodes classiques de transmission d'informations.

«Nous avons été les premiers à montrer un avantage quantique dans le domaine du transfert d'informations, que deux parties doivent partager afin d'accomplir une tâche utile», a déclaré Helen Diamanti , ingénieur électricien de la Sorbonne, et co-auteur du résultat, avec Jordanis Kerenidis , spécialiste en informatique à l'Université Didro. à Paris, et avec Niraj Kumar .

De nombreux experts s'attendent à ce que les machines quantiques utilisant les propriétés quantiques de la matière pour coder les informations bouleversent le monde de l'informatique. Mais les progrès avancent lentement. Les ingénieurs travaillent dur pour créer des ordinateurs quantiques rudimentaires, et les informaticiens théoriques ont été confrontés à un problème plus fondamental: ils ne pouvaient pas prouver que les ordinateurs classiques ne peuvent jamais faire face aux tâches pour lesquelles les ordinateurs quantiques sont développés. Par exemple, l'été dernier, un adolescent du Texas a prouvé qu'un problème qui, comme on le pensait précédemment, ne peut être rapidement résolu que sur un ordinateur quantique, peut être rapidement résolu sur un ordinateur classique.

Cependant, dans le domaine des communications (plutôt que de l'informatique), les avantages de l'approche quantique sont déjà reconnus. Il y a plus de dix ans, un informaticien a prouvé que, du moins théoriquement, les communications quantiques sont en avance sur les méthodes classiques d'envoi de messages dans le cadre de certaines tâches.

«Pour la plupart, les gens se sont penchés sur les problèmes de calcul. Le grand avantage des communications est que vous pouvez en prouver les avantages », a déclaré Kerenidis.

En 2004, Kerenidis et deux autres spécialistes en informatique ont imaginé une tâche dans laquelle une personne doit envoyer des informations à une autre pour que la seconde puisse répondre à une question précise. Les chercheurs ont prouvé qu'une configuration quantique peut résoudre ce problème en transmettant une quantité exponentiellement inférieure d'informations que dans le cas classique. Mais l'installation qu'ils ont inventée était purement théorique et inaccessible à la technologie de l'époque.

"Nous pourrions prouver un avantage quantique, mais il était très difficile de mettre en œuvre le protocole quantique", a déclaré Kerenidis.




Helen et les gars: Diamanti, Kerenidis et Kumar ont créé un système de transfert d'informations quantiques, dont la supériorité par rapport à n'importe quel classique peut être prouvée

Le nouveau travail met en œuvre une version modifiée du scénario imaginé par Kerenidis et ses collègues. Deux utilisateurs sont considérés dans l'œuvre, Alice et Bob. Alice a un jeu de boules numérotées. Chaque balle a une couleur aléatoire, rouge ou bleue. Bob veut savoir si une certaine paire de balles sélectionnées au hasard aura la même couleur ou une couleur différente. Alice veut envoyer à Bob le moins d'informations possible, garantissant une réponse à la question de Bob.

Cette tâche est appelée «exemple de problème de correspondance». Sa solution a des implications pour les domaines de la cryptographie et des monnaies numériques, où les utilisateurs ont souvent besoin d'échanger des informations sans avoir à donner tout ce qu'ils ont. Il est également bien adapté pour démontrer les avantages des communications quantiques.

"Vous ne pouvez pas simplement dire:" Je veux vous envoyer un film, ou quelque chose d'autre de la taille d'un gigaoctet, et le coder dans un état quantique "et vous attendre à une sorte d'avantage quantique", a déclaré Thomas Widick , spécialiste informatique au California Institute of Technology. "Nous devons rechercher des tâches plus subtiles."

Pour résoudre le problème de correspondance de façon classique, Alice doit envoyer des informations à Bob dont le volume est proportionnel à la racine carrée du nombre de boules. Mais la nature inhabituelle de l'information quantique offre une solution plus efficace.



Dans la configuration de laboratoire utilisée dans le nouveau travail, Alice et Bob communiquent à l'aide d'impulsions laser. Chaque impulsion représente une balle. Les impulsions passent à travers un séparateur de faisceau, envoyant la moitié de chaque impulsion à Alice et l'autre moitié à Bob. Lorsqu'une impulsion passe Alice, elle peut changer sa phase pour encoder des informations sur chaque balle - bleu ou rouge.

Pendant ce temps, Bob encode des informations sur des paires de balles qui l'intéressent dans son propre demi-pouls. Ensuite, les impulsions se rencontrent dans un autre séparateur de faisceau, interférant les unes avec les autres. Le résultat de leur interférence reflète les différences de déphasage de chacune des impulsions. Bob peut ensuite examiner le motif d'interférence à l'aide de détecteurs de photons.

Jusqu'à ce que Bob lise le message laser d'Alice, le message quantique d'Alice peut répondre à n'importe quelle question concernant n'importe quelle paire. Mais la lecture détruit le message et donne des informations sur une seule paire de balles.

Cette caractéristique de l'information quantique - qui peut potentiellement être lue de plusieurs façons, mais qui ne réussit vraiment - réduit considérablement la quantité d'informations qui doivent être transmises pour résoudre le problème de l'appariement de l'échantillon. Si Alice a besoin d'envoyer 100 bits classiques à Bob pour garantir une réponse à sa question, elle peut obtenir le même résultat avec 10 qubits, ou bits quantiques.

"C'est l'un de ces résultats prouvant qu'une idée fonctionne pour vous d'obtenir un véritable réseau quantique", a déclaré Graham Smith , physicien au Joint Institute for Laboratory Astrophysics à Boulder, pc. Colorado travaille avec la technologie quantique.

Cette nouvelle expérience représente un pur triomphe sur les méthodes classiques. Les chercheurs l'ont menée, sachant exactement la quantité d'informations à transmettre de manière classique pour résoudre le problème. Ensuite, ils ont incontestablement prouvé que cela peut être réalisé de manière beaucoup plus économique en utilisant des moyens quantiques. "Ce travail est bon car il montre comment les gens essaient de démontrer que leur tâche est difficile à exécuter de façon classique et ensuite le faire", en utilisant des méthodes quantiques, a déclaré Smith.

Le résultat suggère également l'existence de moyens alternatifs pour atteindre l'objectif de longue date de l'informatique: preuve des avantages des ordinateurs quantiques par rapport aux ordinateurs classiques. Cette «supériorité» quantique était difficile à prouver dans un domaine purement informatique, mais de nombreux problèmes importants ne dépendent pas seulement de l'informatique.

"En combinant ce que nous pouvons faire avec les capacités informatiques et la messagerie, en reliant ces deux domaines, il nous sera plus facile de prouver l'existence d'un avantage quantique", a déclaré Kerenidis.