La téléportation quantique : une avancée fascinante au-delà de la science-fiction

Cette image composite illustre une liaison essentielle entre un satellite et la Terre, établie par le satellite quantique Mozi et une plateforme d'expérimentation de téléportation quantique située au Tibet. Cette expérience a démontré que la téléportation quantique est possible sur des distances atteignant l'orbite terrestre basse.

De la science-fiction à la réalité

Il y a soixante ans, la série Star Trek a présenté l'une des technologies de science-fiction les plus emblématiques : le téléporteur, une machine capable de transporter une personne d'un lieu à un autre en quelques secondes. Conçue pour réduire les coûts de production, cette technologie est devenue emblématique de la série, transformant la matière en un flux d'énergie envoyé vers une destination où la matière originale est reconstruite, atome par atome.

Bien que Star Trek ne soit pas la première œuvre de fiction à évoquer la téléportation, son téléporteur a captivé l'imagination du public, engendrant des références culturelles durables et inspirant de nombreuses technologies.

La naissance de la téléportation quantique

Il y a plus de trente ans, un groupe de physiciens a proposé une idée novatrice : transférer des atomes et des particules élémentaires à d'autres particules éloignées sans interaction physique. Ils ont désigné ce concept sous le nom de « téléportation quantique ». Depuis lors, cette idée a évolué d'un concept théorique à une réalité vérifiée expérimentalement.

À la fin des années 1990, des expériences ont montré que les états quantiques pouvaient être transmis sur de courtes distances, et des études ultérieures ont prouvé que cela fonctionnait sur des distances de plus en plus longues, y compris entre la Terre et l’orbite basse, comme l'ont démontré des scientifiques chinois en 2017.

Différences avec la téléportation de la fiction

Il est important de noter que la téléportation quantique diffère fondamentalement de la téléportation de matière que l'on voit dans les œuvres de fiction. Bien que les experts affirment qu'elle ne conduira pas à une téléportation à la Star Trek, elle pourrait ouvrir la voie à une nouvelle ère de l'informatique, révolutionnant notre compréhension du monde subatomique et, par conséquent, la nature même de notre univers.

« Fondamentalement, la nature est quantique », déclare Jason Orcutt, chercheur principal chez IBM Quantum. « Nous sommes tous de l'information quantique ».

Les mystères de la physique quantique

Dans notre quotidien, les objets semblent obéir aux règles de la physique classique. Cependant, à l'échelle des atomes et des particules élémentaires, un nouvel ensemble de règles s'applique. C'est le domaine de la physique quantique, où les particules peuvent exister sous plusieurs états simultanément jusqu'à ce qu'elles soient mesurées.

Les ordinateurs classiques, qui traitent des bits de données codés en 0 ou 1, ne peuvent pas décrire adéquatement de nombreux aspects du monde quantique. Il est donc nécessaire de recourir à un nouveau système de codage des données, basé sur des qubits, qui peuvent se trouver dans un état quantique de superposition, combinant 0 et 1 jusqu'à mesure. De plus, les qubits peuvent être intriqués, de sorte que la mesure d'un qubit influence instantanément celle d'un autre.

Les enjeux de l'informatique quantique

« Il existe des problèmes d'une complexité comparable à celle de l'âge de l'Univers que nous ne pourrons pas résoudre avec l'informatique classique », explique Jason Orcutt. Les ordinateurs quantiques pourraient un jour simuler le monde moléculaire, y compris des réactions chimiques complexes, avec une précision remarquable.

Bien qu'il existe déjà des ordinateurs quantiques commerciaux, leurs capacités restent limitées. Une partie des efforts actuels vise à développer des ordinateurs quantiques à grande échelle capables de corriger les erreurs et d'effectuer des calculs complexes de manière fiable.

Le rôle de la téléportation quantique

La téléportation quantique pourrait devenir un moyen standard de communiquer des informations quantiques, permettant de lier des ordinateurs éloignés et, un jour, de construire un Internet quantique. L'intrication, qu'elle soit naturelle ou créée artificiellement, permet d'utiliser cet état partagé pour transmettre des informations.

Le processus de téléportation quantique a été exposé pour la première fois dans un article publié en 1993, suivi d'une série d'expérimentations. Aujourd'hui, le domaine évolue vers l'ingénierie nécessaire pour connecter des ordinateurs quantiques.

Les limites de la téléportation humaine

Bien que la téléportation quantique soit prometteuse pour l'avenir des ordinateurs quantiques, il est peu probable qu'elle permette un jour de téléporter des personnes. « Il est difficile de comparer cela à Star Trek », explique Tim Strobel, doctorant en communications quantiques. « Nous parlons ici de téléporter des états quantiques, pas de la matière ou de l'énergie ».

Pour téléporter une personne, il faudrait transférer les informations quantiques de chaque atome la composant, puis reconstituer ces atomes ailleurs. « Il est difficile d'imaginer que cela soit un jour possible », admet Daniel Oblak.

Les implications philosophiques

La téléportation soulève également des questions philosophiques : la personne qui apparaît à une nouvelle destination est-elle vraiment la même ou s'agit-il d'une copie ? Selon le théorème de non-clonage de la mécanique quantique, il est impossible de copier un état quantique inconnu. La téléportation contourne cette impossibilité en mesurant et en détruisant l'état quantique original avant sa téléportation.

En fin de compte, si ce qui nous définit repose sur de l'information quantique, alors peut-être pourrions-nous nous téléporter. Toutefois, si nos souvenirs et notre conscience ne se réduisent pas à de l'information quantique, alors nous risquerions de créer un clone à la place de nous-mêmes.

« Tout cela repose sur des conjectures », conclut Jason Orcutt. « Pour l'heure, la possibilité de téléporter un être humain demeure dans le domaine de la science-fiction ».

Cet article a été initialement publié sur nationalgeographic.com.