Perspectives pour les réseaux quantiques: qui s'y engage et pourquoi

Sur quel type de projets quantiques travaillent des ingénieurs russes et étrangers.


/ Unsplash / Shahadat Shemul

Que sont les réseaux quantiques?

Les réseaux quantiques sont des systèmes de transfert de données dont le principe de fonctionnement est basé sur les lois de la mécanique quantique. Les informations dans ces réseaux sont transmises via des câbles à fibres optiques utilisant des qubits - photons polarisés. L'une des propriétés déterminantes des photons est la «fragilité». Ils sont détruits lors de la lecture, de sorte que les réseaux quantiques sont presque impossibles à écouter. Même si un attaquant mène une attaque MITM et se connecte à un canal de transmission de données, la partie réceptrice comprendra immédiatement que le canal est compromis, car il recevra des «paquets» avec un grand nombre d'erreurs.

Les réseaux quantiques sont utilisés pour distribuer des clés cryptographiques entre les systèmes informatiques classiques. Par exemple, l'année dernière, les ingénieurs chinois ont lancé un tel système. Il utilise des lasers pour échanger des données avec des satellites en orbite. Une technologie similaire a été proposée en 2017 par des experts allemands - ils ont utilisé l'infrastructure terrestre existante et le matériel satellite pour transmettre des données.


/ Unsplash / Quentin Kemmel

Un autre domaine d'application des réseaux quantiques est l' union des ordinateurs quantiques. Les machines quantiques sont déjà en mesure de résoudre certains problèmes plus rapidement que les systèmes informatiques classiques - par exemple, dans le domaine de l'apprentissage automatique et de la modélisation. Si vous combinez des appareils quantiques en grappes, vous pouvez accélérer davantage les simulations physiques et chimiques (en particulier, pour contribuer au développement de molécules complexes pour de nouveaux médicaments).

Qui les développe

Le développement de réseaux quantiques a impliqué de nombreuses institutions mondiales d'Amérique, d'Europe et d'Asie.

On pense que le tout premier réseau quantique a été développé aux États-Unis par ordre de la DARPA au début des années 2000. Il fonctionne toujours et relie plusieurs laboratoires militaires du Massachusetts. Vers la même époque, des réseaux quantiques ont commencé à se construire en Europe. Ensuite, les pays de l'UE ont investi plusieurs millions d'euros dans le projet SECOQC , dans lequel ils conçoivent des solutions quantiques pour assurer la sécurité de l'État.

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L'un des principaux problèmes des réseaux quantiques de l'époque était l'incapacité de transmettre un photon sur une longue distance (il dépassait rarement 50 km ). Les photons sont «fragiles» et sont facilement détruits sous l'influence de la température (c'est ce que l'on appelle l'effet de décohérence ). Par conséquent, aujourd'hui, des systèmes sont activement développés pour augmenter la portée de transmission. Par exemple, les ingénieurs néerlandais créent des répéteurs spéciaux qui prolongent la "durée de vie" des quanta. Les scientifiques construisent déjà un réseau de test entre Delft et La Haye. L'année prochaine, il reliera sans doute quatre villes d'Europe à la fois. Une technologie similaire est développée par des experts des universités de Toronto, Osaka et Toyama. En février 2019, ils ont introduit le concept d'un répéteur quantique capable de transmettre des photons jusqu'à 800 km (en théorie).

Les développements dans ce domaine sont gérés par une équipe de physiciens américains et suisses. À la fin de l'année dernière, ils ont introduit un photodétecteur à très faible niveau de bruit, qui a permis d'envoyer une clé cryptographique à une distance de 421 km tout en maintenant un taux de transfert de données élevé. Selon les développeurs, la bande passante du réseau a dépassé les performances de leurs expériences précédentes de plus de 100 fois.


/ CC BY-SA / Hisakuni Fujimoto

Mais aujourd'hui, la Chine est considérée comme le détenteur absolu du record de gamme. En 2016, les ingénieurs chinois ont lancé un satellite de communication quantique et transmis des qubits sur une distance de plus de 1200 km. L'été dernier, en utilisant ce satellite, les ingénieurs ont effectué un appel sécurisé entre les académies des sciences chinoises et autrichiennes.

Comment ça va en Russie

L'un des premiers réseaux quantiques de notre pays a été lancé par les ingénieurs de l'ITMO en 2014. Un câble en fibre optique a été posé entre les deux bâtiments de l'université. Deux ans plus tard, avec l'aide de collègues de Kazan, le réseau est devenu multi-nœuds - quatre nœuds ont été placés à une distance de 40 km les uns des autres.

Il y a trois ans, des physiciens du RCC - Russian Quantum Center ont présenté leur réseau quantique. L'optique a été posée entre deux rives de Moscou - la longueur du câble était de 30 km. Et cet été, des physiciens du RCC ont annoncé la création du premier réseau quantique inter-entreprises en Fédération de Russie. Il a connecté les bureaux de Sberbank, Gazprombank et PwC, une société offrant des services de conseil et d'audit.

Autre exemple de développement: en 2017, des spécialistes de l'Université d'État de Moscou ont introduit une ligne téléphonique quantique. Les informations vocales entre les interlocuteurs ont été transmises via un câble à fibre optique de 50 km. Pour son chiffrement, le serveur de distribution de clés quantiques, situé à 25 km, était responsable.

Le nombre de développements quantiques continuera d'augmenter. Et cela créera de grands réseaux quantiques qui relieront de nombreuses villes du pays à la fois. Le mois dernier, des plans de déploiement d'un réseau quantique avec cryptage des données ont été annoncés dans les chemins de fer russes. Selon les initiateurs du projet, il contribuera à améliorer la sécurité du transport ferroviaire.

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