Kwantumfysica kan garanderen dat een bericht niet is onderschept voordat het zijn bestemming bereikt. Dankzij de wetten van de kwantumfysica, een lichtdeeltje – een foton – kan tegelijkertijd in twee verschillende toestanden zijn, vergelijkbaar met een munt die in de lucht wordt gegooid, die vrijwel zowel kop als staart is voordat hij de grond bereikt. Zoals wanneer de munt wordt gepakt, deze superpositie van staten wordt vernietigd zodra het wordt gelezen. Deze eigenaardige eigenschap maakt het mogelijk om een ​​kwaadaardige afluisteraar te detecteren bij het verzenden van een bericht. Echter, deze techniek is tot nu toe beperkt tot korte afstanden. Om het bereik van deze kwantumcommunicatie te vergroten, onderzoekers van de Universiteit van Genève (UNIGE), Zwitserland, hebben een nieuw protocol gedemonstreerd op basis van een kristal dat kwantumlicht kan uitstralen en het ook voor een willekeurige lange tijd kan opslaan. Dit werk, verschijnen in Fysieke beoordelingsbrieven , maakt de weg vrij voor een toekomstige kwantumrepeater.

Kwantumsuperpositie is een van de fascinerende kenmerken van de kwantumfysica. "Om de veiligheid van de communicatieverbinding te testen, we kunnen lichtdeeltjes gebruiken, fotonen, waarop we kwantumbits coderen (analoog aan de bit die in de computer wordt gebruikt), " legt Cyril Laplane uit, een onderzoeker in de Groep Toegepaste Natuurkunde van UNIGE. Hij vervolgt:"We profiteren dan van de eigenschappen van kwantumsuperpositie, waardoor het foton tegelijkertijd in twee toestanden kan zijn, om de veiligheid van een communicatieverbinding te testen". Inderdaad, als het foton wordt onderschept en gelezen, de superpositie van staten gaat verloren, slechts een van de twee staten blijft. Vandaar, de ontvanger kan weten of het bericht is onderschept.

De behoefte aan kwantumrepeaters

Aangezien dit protocol afhankelijk is van het gebruik van enkele fotonen, er is een onverwaarloosbare kans om de deeltjes te verliezen wanneer ze zich voortplanten in traditionele communicatieverbindingen zoals de optische vezel. Dit probleem wordt met de afstand steeds kritischer. Om over lange afstanden te communiceren, men zou repeaters nodig hebben, die het signaal versterken en opnieuw uitzenden. Het is echter onmogelijk om een ​​dergelijke procedure in kwantumcommunicatie te gebruiken zonder de superpositie van toestanden te vernietigen. Natuurkundigen moeten een kwantumrepeater bouwen die het dubbele karakter van het foton kan opslaan, maar ook een dergelijke toestand kan produceren. een ware uitdaging.

Een op kristallen gebaseerde oplossing

Om een ​​kwantumrepeater te bouwen, wetenschappers hebben veel atomaire gassen onderzocht, die meestal zware experimentele apparatuur vereisen. "We gebruiken een kristal dat de kwantumtoestand van licht kan opslaan. Het heeft het voordeel dat het relatief eenvoudig te gebruiken is met potentieel voor zeer lange opslagtijden, " verduidelijkt Jean Etesse, een co-auteur van het artikel. Deze kristallen kunnen licht absorberen en later herstellen, zonder de informatie erop te lezen. Verder, ze kunnen afzonderlijke fotonen genereren en deze op aanvraag opslaan. Een andere belangrijke troef is hun potentieel voor miniaturisatie.

Omdat het kristal de bron en het geheugen is voor kwantuminformatie, het vereenvoudigt het protocol voor kwantumrepeaters en legt de basis voor een kwantuminternet. Natuurkundigen van UNIGE werken al aan het creëren van een elementaire link van kwantumcommunicatie met behulp van een repeater.