Quantum teleportation between photons from two distant light sources achieved
ATéléportation quantique entre photons provenant de deux sources lumineuses distantes
par Jutta Witte, Université de Stuttgart
édité par Gaby Clark, relu par Robert Egan
Note de l'éditeur
Des physiciens des équipes de recherche des universités de Stuttgart, Sarrebruck et Dresde mènent une expérience sur la téléportation quantique (de gauche à droite : Tobias Bauer, Marlon Schäfer, Caspar Hopfmann, Stefan Kazmaier, Tim Strobel, Simone Luca Portalupi). Crédit : Julian Maisch
La vie quotidienne sur Internet est vulnérable. Les pirates informatiques peuvent accéder à des comptes bancaires ou usurper des identités numériques. Alimentées par l'IA, les attaques deviennent de plus en plus sophistiquées. La cryptographie quantique promet une protection plus efficace. Elle sécurise les communications contre l'écoute clandestine en s'appuyant sur les lois de la physique quantique. Cependant, la mise en place d'un Internet quantique reste semée d'embûches techniques.
Des chercheurs de l'Institut d'optique des semi-conducteurs et d'interfaces fonctionnelles (IHFG) de l'Université de Stuttgart ont réalisé une avancée décisive dans le domaine des répéteurs quantiques, l'un des composants les plus complexes à concevoir. Leurs résultats sont publiés dans la revue Nature Communications.
Îlots de semi-conducteurs nanométriques pour le transfert d'informations
« Pour la première fois au monde, nous sommes parvenus à transférer de l'information quantique entre des photons provenant de deux points quantiques différents », déclare le professeur Peter Michler, directeur de l'IHFG et porte-parole adjoint du projet de recherche Quantenrepeater.Net (QR.N).
Contexte : Qu'il s'agisse de messages WhatsApp ou de flux vidéo, tout message numérique est composé de zéros et de uns. Il en va de même pour la communication quantique, où les photons servent de vecteurs d'information.
Le zéro ou le un est alors encodé selon deux directions de polarisation différentes des photons (c'est-à-dire leur orientation horizontale et verticale, ou une superposition des deux). Puisque les photons obéissent aux lois de la mécanique quantique, leur polarisation ne peut pas toujours être lue intégralement sans laisser de traces. Toute tentative d'interception de la transmission serait inévitablement détectée.
Préparer l'internet quantique à l'infrastructure de fibre optique
Un autre défi : un internet quantique abordable utiliserait des fibres optiques, comme l'internet actuel. Cependant, la lumière a une portée limitée. Les signaux lumineux conventionnels doivent donc être régénérés environ tous les 50 kilomètres à l'aide d'un amplificateur optique.
L'information quantique ne pouvant être simplement amplifiée, copiée et transmise, cette méthode est inapplicable à l'internet quantique. Toutefois, la physique quantique permet le transfert d'information d'un photon à un autre, à condition que cette information reste inconnue. Ce processus est appelé téléportation quantique.
S'appuyant sur ces travaux, des physiciens développent des répéteurs quantiques qui renouvellent l'information quantique avant son absorption dans la fibre optique. Ces répéteurs serviront de nœuds pour l'internet quantique. Cependant, des obstacles techniques considérables subsistent. Pour transmettre de l'information quantique par téléportation, les photons doivent être indiscernables (c'est-à-dire qu'ils doivent avoir un profil temporel et une couleur approximativement identiques). Ceci s'avère extrêmement difficile car ils sont générés à différents endroits et à partir de différentes sources.
« Les quanta de lumière provenant de différents points quantiques n'ont jamais été téléportés auparavant en raison de la complexité de la tâche », explique Tim Strobel, chercheur à l'IHFG et premier auteur de l'étude. Dans le cadre du projet QR.N, son équipe a développé des sources de lumière à semi-conducteurs qui génèrent des photons quasi identiques.
« Dans ces îlots de semi-conducteurs, certains niveaux d'énergie fixes sont présents, tout comme dans un atome », précise Strobel. Ceci permet de générer des photons individuels aux propriétés définies par simple pression sur un bouton.
« Nos partenaires de l'Institut Leibniz de recherche sur l'état solide et les matériaux de Dresde ont mis au point des points quantiques présentant des différences minimes », explique Strobel. Cela signifie que des photons quasi identiques peuvent être générés à deux endroits différents.
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L'information est « transmise » d'un photon à l'autre
À l'Université de Stuttgart, l'équipe est parvenue à transférer l'état de polarisation d'un photon provenant d'un point quantique vers un autre photon provenant d'un second point quantique. Un point quantique génère un photon unique, l'autre une paire de photons intriqués.
Intriqués signifie que les deux particules constituent une seule entité quantique, même lorsqu'elles sont physiquement séparées. L'une des deux particules se déplace vers le second point quantique et interfère avec sa particule de lumière. Les deux se superposent. Grâce à cette superposition, l'information du photon unique est transférée à son partenaire distant.
Le succès de l'expérience repose sur des convertisseurs de fréquence quantiques, qui compensent les différences de fréquence résiduelles entre les photons. Ces convertisseurs ont été développés par une équipe dirigée par le professeur Christoph Becher, expert en optique quantique à l'Université de la Sarre.
Améliorations pour atteindre des distances considérablement plus grandes
« Transférer de l'information quantique entre des photons provenant de différents points quantiques est une étape cruciale pour atteindre des distances bien plus importantes », explique Michler.
Lors de l'expérience de Stuttgart, les points quantiques étaient séparés par une simple fibre optique d'environ 10 mètres de long. « Mais nous travaillons à atteindre des distances considérablement plus grandes », précise Strobel.
Dans des travaux antérieurs, l'équipe avait démontré que l'intrication des photons des points quantiques restait intacte même après une transmission de 36 kilomètres à travers le centre-ville de Stuttgart. Un autre objectif est d'augmenter le taux de réussite actuel de la téléportation, qui s'élève actuellement à un peu plus de 70 %. Les fluctuations au sein du point quantique entraînent encore de légères différences dans les photons.
« Nous souhaitons réduire ces différences en perfectionnant les techniques de fabrication des semi-conducteurs », explique Strobel.
« La réalisation de cette expérience était un objectif de longue date ; ces résultats témoignent d’années de dévouement et de progrès scientifiques », déclare le Dr Simone Luca Portalupi, chef de groupe à l’IHFG et coordinateur de l’étude. « Il est passionnant de voir comment des expériences axées sur la recherche fondamentale font leurs premiers pas vers des applications pratiques. »
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RESUME
Téléportation quantique entre photons provenant de deux sources lumineuses distantes :
L'information quantique a été téléportée avec succès entre des photons émis par deux points quantiques distincts, ce qui représente une avancée significative pour les répéteurs quantiques, essentiels à l'internet quantique. L'expérience a utilisé des photons quasi identiques et des convertisseurs de fréquence quantiques pour compenser les différences de propriétés des photons, atteignant un taux de réussite de téléportation supérieur à 70 % sur une fibre de 10 mètres.
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COMMENTAIRES
Bravo mais ce n 'est qu'une manip de laboratoire et de transfert d informations via des photons ,sans masses ....
et les élèves m oint harcelé avec ce concept de tele transportation ! voici leurs questions :
1/C'est quoi la téléportation ?
On nomme téléportation le transfert réel
d'un corps dans l'espace sans parcours physique des points intermédiaires (entre départ et arrivée.)
2/Quels sont les types de téléportation ?Celles de la science-fiction npar exemple celle de Star Trek supralumoinique !!!!
3/La television n 'est elle pas un teletransport d images ???
Oui en quelque sorte !On peut aussi par des moyens plus sophistiques (interferentioels) projeter l image dyynamique
d'un objet ou de quelq'un dans un volume ailleurs !
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More information: Tim Strobel et al, Telecom-wavelength quantum teleportation using frequency-converted photons from remote quantum dots, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65912-8
Journal information: Nature Communications
Provided by University of Stuttgart
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