L'USTC réalise une percée majeure dans les répéteurs quantiques en 2026

Début 2026, des chercheurs de l'Université de sciences et technologies de Chine (USTC) ont réalisé une percée historique dans l'informatique quantique et les communications en faisant la démonstration d'une brique de base évolutive pour les répéteurs quantiques. Cette avancée, publiée dans la revue Nature, a utilisé des mémoires quantiques à ions piégés à longue durée de vie et des interfaces de télécommunications efficaces pour établir une intrication sur 10 kilomètres de fibre optique. En surmontant la décohérence rapide des états quantiques distants, l'équipe, dirigée par Hao Li, Yi Yang et Ye Wang, a apporté la première preuve concrète que les réseaux quantiques à l'échelle métropolitaine sont physiquement et technologiquement viables.

La vision d'un Internet quantique mondial repose sur l'intégration transparente de la communication quantique, de la métrologie quantique et de l'informatique quantique distribuée. Un tel réseau promet un changement de paradigme dans la manière dont l'information est traitée et sécurisée, offrant une détection à haute résolution et des accélérations exponentielles dans les tâches de calcul. Cependant, le fondement physique de ce réseau nécessite la distribution déterministe de l'intrication — un phénomène où les particules restent connectées quelle que soit la distance — à travers de vastes zones géographiques. Jusqu'à récemment, l'infrastructure nécessaire pour maintenir ces connexions fragiles sur de longues distances restait le « maillon manquant » le plus important de l'industrie.

Comment les répéteurs quantiques résolvent-ils la perte de photons dans la fibre optique ?

Les répéteurs quantiques surmontent la perte de photons dans la fibre optique en divisant les liaisons de communication longues en segments plus courts et en utilisant l'échange d'intrication pour les connecter sans amplifier directement le signal. En employant des mémoires quantiques pour stocker l'information en attendant la confirmation de la liaison, ces répéteurs empêchent la décohérence qui se produit généralement lors de la transmission longue distance. Cette méthode contourne efficacement le théorème de non-clonage, qui empêche l'amplification des états quantiques de la même manière que les signaux classiques sont boostés.

Dans les télécommunications par fibre optique traditionnelles, la perte de signal est gérée par des amplificateurs qui augmentent l'intensité de la lumière. Dans le domaine de l'informatique quantique et de la communication, cependant, les amplificateurs standard ne peuvent pas être utilisés car toute tentative de copier ou d'amplifier un état quantique détruit l'information originale. Cette perte exponentielle de photons dans les fibres de verre a historiquement limité la communication quantique par fibre à des portées relativement courtes. Les répéteurs quantiques remédient à cela en générant une intrication au sein de segments locaux, puis en « échangeant » cette intrication avec le segment suivant, créant ainsi une liaison continue qui peut s'étendre sur des centaines, voire des milliers de kilomètres sans avoir besoin de clonage de signal.

Quelles percées récentes ont eu lieu concernant les répéteurs quantiques en 2026 ?

La principale percée de 2026 a porté sur le développement de mémoires à ions piégés à longue durée de vie et d'un protocole d'intrication à photon unique de haute visibilité pour établir une intrication mémoire-mémoire sur 10 km. Cette recherche, dont Hao Li et ses collègues sont les auteurs, a permis d'atteindre des durées de vie d'intrication qui dépassent le temps nécessaire à leur établissement, résolvant ainsi le goulot d'étranglement critique de la décohérence rapide dans les mémoires quantiques distantes. Cela marque une transition entre les conceptions théoriques de laboratoire et un matériel fonctionnel capable de supporter des réseaux d'informatique quantique à l'échelle métropolitaine.

La méthodologie employée par l'équipe de l'USTC a impliqué plusieurs innovations technologiques clés. Premièrement, ils ont utilisé la technologie des ions piégés, qui offre des temps de cohérence nettement plus longs que les autres systèmes à l'état solide. Deuxièmement, ils ont développé une interface de télécommunications efficace qui convertit les états quantiques internes des ions en photons compatibles avec l'infrastructure de fibre optique existante. Cela a permis aux chercheurs de maintenir une intrication mémoire-mémoire sur une liaison fibre de 10 km dans le temps moyen nécessaire pour établir cette intrication. Cette synchronisation est une condition préalable vitale pour la mise à l'échelle du réseau, car elle garantit que l'information quantique ne disparaisse pas avant que le maillon suivant de la chaîne ne soit prêt.

Comment les répéteurs quantiques permettront-ils la QKD indépendante des dispositifs ?

Les répéteurs quantiques permettent la distribution quantique de clés indépendante des dispositifs (DI-QKD) en étendant la distribution d'intrication de haute fidélité sur des distances impossibles pour les liaisons fibre directes. En validant un taux de clé secrète positif sur 101 kilomètres dans la limite asymptotique, l'équipe de l'USTC a démontré que les répéteurs quantiques peuvent faciliter une communication « inviolable ». Cela garantit que la sécurité de la communication est assurée par les lois de la physique, quelles que soient les imperfections internes du matériel.

La démonstration pratique de la DI-QKD à l'échelle métropolitaine est peut-être l'application immédiate la plus significative de cette recherche. L'équipe a réussi à extraire 1 917 clés secrètes à partir d'environ 405 000 paires de Bell sur une distance de 10 km. Avant cela, la DI-QKD était sévèrement limitée par la distance ; cette nouvelle recherche étend la portée réalisable de plus de deux ordres de grandeur. Pour la sécurité des données gouvernementales, financières et personnelles, cela représente un passage vers un avenir où la cryptographie quantique protège les données contre les tentatives de piratage classiques ou quantiques les plus sophistiquées.

Les implications pour le domaine de l'informatique quantique sont profondes, car ces répéteurs servent de « briques de base » fondamentales pour une architecture évolutive. En prouvant que l'intrication peut être établie et maintenue suffisamment longtemps pour la purification et l'échange, Hao Li et ses collègues ont fourni un modèle pour les réseaux multi-nœuds. La capacité d'atteindre un taux de clé positif sur 101 km suggère que nous approchons du point où les nœuds quantiques peuvent être placés à des intervalles similaires aux concentrateurs Internet classiques actuels, permettant une infrastructure hybride qui fait passer le monde d'une communication classique à une communication sécurisée quantiquement.

À l'avenir, l'accent des recherches en informatique quantique se déplacera vers l'intégration de ces modules répéteurs dans les réseaux de fibres commerciaux existants. La « prochaine étape » pour l'équipe de l'USTC et la communauté scientifique au sens large consiste à optimiser le processus de purification de l'intrication pour augmenter encore le taux de clé secrète et à étendre le réseau pour inclure plusieurs nœuds dans une configuration maillée. À mesure que ces systèmes passeront de 10 km à 100 km et finalement à des échelles mondiales, le rêve d'un Internet quantique sécurisé et interconnecté passe du domaine de la physique théorique à la réalité des télécommunications mondiales.

• Recherche primaire : Une brique de base de répéteurs quantiques pour les réseaux quantiques évolutifs.
• Auteurs principaux : Hao Li, Yi Yang, Ye Wang (USTC).
• Jalon clé : Intrication par fibre de 10 km avec une capacité asymptotique de 101 km.
• Technologie : Mémoires quantiques à ions piégés et conversion par interface de télécommunications.
• Application de sécurité : Percée dans la distribution quantique de clés indépendante des dispositifs (DI-QKD).