[Chine] Physique Quantique

[Henri K.]

Les travaux en téléportation quantique de 2 professeurs chinois ont été élus la découverte de l'année dans "The Physics World 2015" organisé par EPS (European Physical Society).

Double quantum-teleportation milestone is Physics World 2015 Breakthrough of the Year

Dec 11, 2015

The Physics World 2015 Breakthrough of the Year goes to Jian-Wei Pan and Chaoyang Lu of the University of Science and Technology of China in Hefei, for being the first to achieve the simultaneous quantum teleportation of two inherent properties of a fundamental particle – the photon. Nine other achievements are highly commended and cover topics ranging from astronomy to medical physics

Quantum teleporters: Chaoyang Lu (left) and Jian-Wei Pan win the Physics World 2015 Breakthrough of the Year

Synonymous with the fictional world of Star Trek, the idea of teleportation has intrigued scientists and the public alike. Reality caught up with fiction in 1993, when an international group of physicists proved theoretically that the teleportation of a quantum state is entirely possible, so long as the original state being copied is destroyed. Successfully teleporting a quantum state therefore involves making a precise measurement of a system, transmitting the information to a distant location and then reconstructing a flawless copy of the original state. As the "no cloning" theorem of quantum mechanics does not allow for a perfect copy of a quantum state to be made, it must be completely transferred from one particle onto another, such that the first particle is no longer in that state.

Complete and perfect

In other words, a complete and perfect transfer is completed when the first particle loses all of the properties that are teleported to the other. The first experimental teleportation of the spin of a photon was achieved in 1997, and since then, everything from individual states of atomic spins, coherent light fields and other entities have been transferred. But all of these experiments were limited to teleporting a single property, and scaling that up to even two properties has proved a herculean feat.

Pan and Lu's team has now simultaneously transferred a photon's spin (polarization) and its orbital angular momentum (OAM) to another photon some distance away. Teleportation experiments usually require a "quantum channel" via which the transfer actually takes place. This channel is normally an extra set of "entangled" photons with quantum states that are inextricably linked so that any change made to one instantly influences the other. In this experiment, this is a "hyper-entangled" set, where the two particles are simultaneously entangled in both their spin and their OAM (see "Two quantum properties teleported together for first time").

Although it is possible to extend Pan's method to teleport more than two properties simultaneously, this becomes increasingly difficult with each added property – the likely limit is three. To do this would require the ability to experimentally control 10 photons, while the current record is eight. The team is currently working hard to change that though, and Pan says that they "hope to reach 10-photon entanglement in a few months". An alternate method that is also being developed could allow the team to double that figure to 20 within three years. "We should be able to teleport three degrees of freedom of a single photon or multiple photons soon," he adds.

The ability to teleport multiple states simultaneously is essential to fully describe a quantum particle, and is a tentative step towards teleporting anything larger than a quantum particle. Pan adds that "quantum teleportation has been recognized as a key element in the ongoing development of long-distance quantum communications that provide unbreakable security, ultrafast quantum computers and quantum networks".

Henri K.

[Henri K.]

 

[rogue0]

VOici une première possible application militaire originales des communications quantiques.

Ca concernerait le chiffrement des communications (via radio ELF ou laser bleu) avec les SNLE chinois.
Pour une fois, thediplomat fait un article de veille technologique, un peu original.

Pour les communications ELF, au lieu d'avoir des dictionnaires de code (ou les codes de lancement) figés avant le début de la patrouille, il serait possible de les distribuer directement pendant la patrouille, de façon non interceptable via comm quantique (via satellite, par exemple, un laser bleu pénétrant l'eau).
Il y a eu des recherches de protocole de communication quantique, utilisable jusqu'à -70dB d'atténuation (avec une eau claire comme du côté des Spratley, ça correspond une profondeur très respectable).

https://thediplomat.com/2017/11/quantum-communications-and-chinese-ssbn-strategy/

Je suis un peu sceptique, à la fois sur la plan opérationnel et technique.

• Les autres forces stratégiques ont des procédures bien rôdées qui s'accommodent très bien de dictionnaires de codes statiques (OTP).
• Autre défaut des comms quantiques : elles sont non interceptables, mais peuvent être brouillées ou bloquées : rédhibitoire s'il s'agit de distribuer les codes de lancement à la volée
• Avec un signal avec 70dB d'atténuation, je me demande si on ne raterait pas les altérations de signal, en cas de "mouchard" sur la ligne...
  Mais je ne suis pas expert en physique quantique, je n'ai que mes souvenirs de taupe en la matière. ...

Autres sources

Papier de recherche chinois sur la communication quantique à travers la surface de l'océan.
https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-25-17-19795

Gros papier de synthèse sur les applications à moyen terme quantiques (pas seulement les comms, les QWIP, tec)
http://uknqt.epsrc.ac.uk/files/ukquantumtechnologylandscape2016/

[Wallaby]

https://www.scientificamerican.com/article/china-reaches-new-milestone-in-space-based-quantum-communications/ (25 juin 2020)

En 2017, l'équipe, ainsi qu'un groupe de chercheurs en Autriche, a pu employer le satellite pour réaliser la première téléconférence virtuelle à chiffrement quantique au monde entre Pékin et Vienne. Bien qu'il s'agisse d'une étape importante, cette méthode n'était pas à l'épreuve du piratage. Micius lui-même était le point faible : Le satellite "connaissait" les séquences de photons, ou clés, pour chaque emplacement, ainsi qu'une clé combinée pour le décryptage. Si, d'une manière ou d'une autre, un espion avait soigneusement écouté son activité, l'intégrité de la téléconférence aurait pu être compromise.

Pour surmonter ce problème, la nouvelle démonstration de Pan et de ses collègues a fait en sorte que Micius ne "sache" rien. L'astuce consistait à éviter d'utiliser le satellite comme un relais de communication. Au lieu de cela, l'équipe s'est appuyée sur lui uniquement pour transmettre simultanément une paire de clés secrètes permettant à deux stations terrestres en Chine, situées à plus de 1 120 kilomètres l'une de l'autre, d'établir une liaison directe. "Nous n'avons pas besoin de faire confiance au satellite", explique Pan. "Le satellite peut donc être fabriqué par n'importe qui, même par votre ennemi". Chaque clé secrète est l'une des deux chaînes de paires de photons intriqués. Selon les lois de la physique quantique, toute tentative d'espionnage d'une telle transmission laissera inévitablement une empreinte semblable à une erreur qui pourra être facilement détectée par les destinataires des deux stations.