Un satellite quantique chinois établit une intrication de photons sur plus de 1.200 km

Une équipe de scientifiques chinois a réalisé la distribution basée sur satellite d'une paire de photons intriqués sur une distance de plus de 1.200 km. La paire de photons s'est avérée toujours intriquée après avoir traversé de longues distances.

Cette technologie basée sur satellite ouvre des perspectives prometteuses pour la communication quantique pratique et les expérimentations sur l'optique quantique fondamentale sur des distances autrefois impossibles au sol, a déclaré Pan Jianwei, académicien de l'Académie des sciences de Chine.

Ce résultat a été atteint grâce au premier satellite quantique du monde, le Quantum Experiments at Space Scale (QUESS), nommé aussi Micius et lancé par la Chine le 16 août 2016, et a été publié dans la dernière édition de la revue Science.

L'expérience a été menée par deux liaisons descendantes de satellite vers le sol avec une longueur totale comprise entre 1.600 km et 2.400 km. L'efficacité des liens obtenus s'est avérée bien plus élevée que celle de la transmission bidirectionnelle directe des deux photons par fibres de télécommunication, a affirmé M. Pan, scientifique en chef du QUESS.

L'intrication quantique est un phénomène de la physique quantique si déconcertant qu'Albert Einstein l'a décrit comme "une action fantomatique à distance" en 1948.

Les scientifiques ont découvert que, lorsque deux particules intriquées sont séparées, une particule peut, pour des raisons inconnues, affecter instantanément l'action d'une autre particule très éloignée.

Les physiciens quantiques nourrissent de grands intérêts à l'égard de la distribution de particules intriquées sur des distances de plus en plus grandes et l'étude du comportement de l'intrication sous des conditions extrêmes.

Auparavant, la distribution de l'intrication n'avait été réalisée que sur une distance de 100 km en raison de la perte des photons dans les fibres optiques ou dans l'espace libre terrestre.

Un moyen d'améliorer la distribution réside dans le protocole des répéteurs quantiques, dont l'usage pratique est cependant entravé par les défis du stockage quantique et de l'efficacité de lecture, a expliqué M. Pan.

Un autre moyen est d'utiliser les technologies basées sur les satellites et l'espace, car un satellite peut couvrir facilement deux endroits éloignées sur la Terre. L'avantage principal de cette méthode est que la majeure partie de la voie de transmission des photons est presque dans le vide, avec une absorption et une décohérence proches de zéro.

Après des études de faisabilité, les scientifiques chinois ont développé et lancé le QUESS pour la mission de distribution de l'intrication. Trois stations terrestres ont coopéré avec le QUESS : l'observatoire Delingha au Qinghai, l'observatoire Nanshan au Xinjiang et l'observatoire Gaomeigu au Yunnan.

Par exemple, un photon d'une paire intriquée a été envoyé à Delingha, et l'autre à Gaomeigu. La distance entre ces deux stations au sol est de 1.203 kilomètres. La distance entre le satellite en orbite et les deux stations varie de 500 à 2.000 kilomètres, a précisé M. Pan.

Du fait que les photons intriqués ne peuvent pas être amplifiés comme des signaux classiques, de nouvelles méthodes sont nécessaires pour réduire l'atténuation du lien dans la distribution d'intrication entre le satellite et le sol. Afin d'optimiser l'efficacité du lien, les scientifiques chinois ont combiné une divergence du faisceau étroit avec la technique d'acquisition, de pointage et de suivi (APS) à large bande passante et à haute précision.

En développant une source spatiale d'intrication à deux photons ultra-lumineuse et la technique à haute précision APS, l'équipe a établi une intrication entre deux photons éloignés de 1.230 kilomètres.

En comparaison avec les méthodes précédentes sur la distribution d'intrication par la transmission directe de la même source à deux photons -- utilisant respectivement les fibres de télécommunications commerciales les plus courantes et ayant la meilleure performance -- l'efficacité du lien de l'approche par satellite est de 12 et de 17 ordres de grandeur plus élevée, a-t-il expliqué.

Les photons intriqués distribués ont une utilité directe pour la distribution de clés quantiques intriqués, qui pour l'instant, est le seul moyen d'établir des clés sécurisés entre deux endroits éloignés sur Terre sans dépendre d'un relais de confiance, a-t-il ajouté.