Les scientifiques atteignent la communication quantique directe contre la facturation pour la première fois

La communication quantique est une bête étrange, mais une des formes les plus étranges proposées est appelée communication contrefactuelle - un type de communication quantique où aucune particule ne se déplace entre deux destinataires.

Les physiciens théoriques ont longtemps proposé qu'une telle forme de communication soit possible, mais maintenant, pour la première fois, les chercheurs ont pu l'expérimentaliser: transférer une image bitmap en noir et blanc d'un endroit à l'autre sans en envoyer de particules physiques.

Si cela vous semble un peu trop loin, ne vous inquiétez pas, c'est la mécanique quantique, après tout. C'est compliqué. Mais une fois que vous l'avez décomposé, la communication quantique contrefactuel n'est pas aussi bizarre que cela semble.

Tout d'abord, parlons de la façon dont cela diffère de la communication quantique régulière, également appelée téléportation quantique , car ce n'est pas une forme de transfert d'informations sans particules.

Eh bien, pas tout à fait. La téléportation systémique régulière est basée sur le principe de l' enchevêtrement - deux particules qui se lient inextricablement liées de sorte que tout ce qui arrive à un affectera automatiquement l'autre, peu importe à quel point ils sont séparés.

C'est ce que Einstein a qualifié d'« action effrayante à distance », et les scientifiques l'ont déjà utilisé pour envoyer des messages sur de vastes distances .

Mais cette forme de téléportation quantique repose toujours sur la transmission de particules sous une forme ou une autre. Les deux particules doivent généralement être ensemble lorsqu'elles sont enchevêtrées avant d'être envoyées aux personnes à la fin du message (de sorte qu'elles commencent dans un endroit et doivent être transmises à une autre avant qu'une communication puisse se produire entre elles).

Alternativement, les particules peuvent être enchevêtrées à une certaine distance, mais elles nécessitent généralement une autre particule, telle que des photons (particules de lumière), pour se déplacer entre les deux.

La communication quantique contrefactuelle directe des autres mains repose sur autre chose que l'enchevêtrement quantique. Au lieu de cela, il utilise un phénomène appelé l' effet quantum Zeno .

Tout simplement, l'effet Zeno quantique se produit lorsqu'un système quantique instable est mesuré à plusieurs reprises.

Dans le monde quantique, chaque fois que vous regardez un système, ou le mesurez, le système change. Et dans ce cas, les particules instables ne peuvent jamais se dégrader pendant qu'elles sont mesurées (tout comme la chaudière témoin proverbiale qui ne bouillera jamais), de sorte que l'effet Zeno quantique crée un système qui est effectivement gelé avec une probabilité très élevée.

Si vous voulez approfondir un peu plus loin, la vidéo ci-dessous donne une excellente explication: 

La communication quantique contrefactuel est basée sur cet effet zéno quantique et est définie comme le transfert d'un état quantique d'un site à l'autre sans que des particules quantiques ou classiques ne soient transmises entre eux. Cela nécessite une chaîne quantique à exécuter entre deux sites, ce qui signifie qu'il y a toujours une faible probabilité qu'une particule quantique traverse le canal. Si cela se produit, le système est mis au rebut et un nouveau est mis en place.
Pour mettre en place un tel système complexe, des chercheurs de l'Université des sciences et de la technologie de Chine ont placé deux détecteurs à un seul photon dans les ports de sortie du dernier d'un ensemble de diviseurs de faisceau.
En raison de l'effet quantum Zeno, le système est gelé dans un certain état, il est donc possible de prédire lequel des détecteurs "cliquera" lorsque les photons traversent. Une série d'interféromètres imbriqués mesure l'état du système pour s'assurer qu'il ne change pas.
Cela fonctionne en fonction du fait que, dans le monde quantique, toutes les particules légères peuvent être décrites en détail par les fonctions des ondes, plutôt que comme des particules. Ainsi, en intégrant des messages à la lumière, les chercheurs ont pu transmettre ce message sans envoyer directement une particule.
L'équipe explique que l'idée de base pour cette configuration provient de la technologie holographique.
"Dans les années 1940, une nouvelle technique d'imagerie - holographie - a été développée pour enregistrer non seulement l'intensité de la lumière mais aussi la phase de la lumière", ont écrit les chercheurs dans le journal Proceedings de l'Académie nationale des sciences .
"On peut alors poser la question: la phase de lumière peut-elle être utilisée pour l'imagerie? La réponse est oui".
L'idée de base est celle-ci: quelqu'un veut envoyer une image à Alice en utilisant uniquement de la lumière (qui agit comme une onde, pas une particule, dans le domaine quantique).
Alice transfère un photon unique à l'interféromètre imbriqué, où il peut être détecté par trois détecteurs à un seul photon: D ₀ , D ₁ et D _f .
Si D ₀ ou D ₁ 'clique', Alice peut conclure un résultat logique d'un ou de zéro. Si D _f clique, le résultat est considéré comme non concluant.
Comme l' explique Christopher Packham pour Phys.org:

" Après la communication de tous les bits, les chercheurs ont réussi à rassembler l'image - un bitmap monochrome d'un noeud chinois. Les pixels noirs ont été définis comme logique 0, tandis que les pixels blancs ont été définis comme logique 1 ...
Dans l'expérience, la phase de la lumière elle-même est devenue le porteur de l'information, et l'intensité de la lumière n'était pas pertinente pour l'expérience. "

Ce n'est pas seulement un grand pas en avant pour la communication quantique, mais l'équipe explique sa technologie qui pourrait également être utilisée pour imaginer des artefacts anciens sensibles qui ne pouvaient pas surprendre la lumière directe qui leur était brillante.
Les résultats devront maintenant être vérifiés par des chercheurs externes pour s'assurer de ce que les chercheurs ont vu était un véritable exemple de communication quantique contrefactuel.
Quoi qu'il en soit, c'est une très jolie démonstration de la façon dont le monde quantique est bizarre et inexploré.
La recherche a été publiée dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences.