La possibilité de transporter instantanément un objet d'un endroit à un autre, rêvée par la science-fiction, est aujourd'hui réalité…

La téléportation quantique est un protocole de communications quantiques consistant à transférer l’état quantique d’un système vers un autre système similaire et séparé spatialement du premier en mettant à profit l’intrication quantique. Contrairement à ce que le nom laisse entendre, il ne s'agit donc pas de transfert de matière. Le terme de téléportation quantique est utilisé pour souligner le fait que le processus est destructif : à l'issue de la téléportation, le premier système ne sera plus dans le même état qu'initialement.

Pour la première fois au monde, des physiciens sont parvenus à téléporter l’état quantique d’un photon sur une longueur de 25 kilomètres, annonce une équipe genevoise de scientifiques dans la revue Nature Photonics publiée dimanche.

« L’expérience, réalisée au sein du laboratoire du professeur Nicolas Gisin, constitue une première, et pulvérise simplement l’ancien record de six kilomètres établi il y a 10 ans par la même équipe de l’Université de Genève (Unige) », indique cette dernière dans un communiqué.

Popularisée par les livres et films de science-fiction (Star Trek), la téléportation quantique ne permet pas, du moins en l’état actuel de la connaissance scientifique, d’envisager un transfert d’objets usuels et encore moins d’êtres humains.

Cette technique devrait dans le futur, néanmoins, trouver des applications intéressantes, notamment dans le domaine des télécommunications et du cryptage informatique sur Internet, selon les experts. Ces derniers espèrent, qu’à terme, la téléportation quantique permette de garantir qu’une information envoyée d’un émetteur vers un récepteur parvienne à destination sans être interceptée.

Dans le cadre de l’expérience réalisée à l’Unige, les physiciens ont pris deux photons issus d’une même source.

Premières réalisations

L’une des premières réalisations expérimentales de la téléportation quantique en variables discrètes a été réalisée par l'équipe de Anton Zeilinger en 19973. Une paire de photons intriqués est créée par conversion paramétrique spontanée et dégénérée en fréquence dans un cristal non linéaire . Il s'agit d'une conversion de type II puisque l’accord de phase est assuré par biréfringence. L’impulsion de pompage est polarisée parallèlement à l’axe extraordinaire. Les photons signal et complémentaire sont alors émis suivant des polarisations orthogonales suivant deux cônes de fluorescence paramétrique. L’intersection de ces deux cônes conduit à des photons intriqués en polarisation qui sont en fait dans un état antisymétrique de Bell :

où h et v désignent respectivement les états de polarisation horizontale et verticale. Le but de l’expérience est alors de projeter le photon à téléporter et le photon intriqué sur ce même état de Bell antisymétrique par des mesures de coïncidence à l’issue d’une lame séparatrice 50/50. En effet, les deux détecteurs de part et d’autre de la lame cliquent en même temps lorsque les deux photons sont soit simultanément transmis, soit simultanément réfléchis. On montre alors que les photons peuvent être dans un état intriqué de la forme , ce qui suffit à assurer la téléportation puisque :

Le qubit de Bob se retrouve bien dans l’état du qubit d’Alice  dans 25 % des cas. On doit le vérifier en plaçant un cube séparateur de polarisation orienté à +/- 45 ° par rapport aux états de polarisations verticales et horizontales. Il y a téléportation pour la triple coïncidence à l’issue de la lame séparatrice d’Alice et sur la voie adéquate du cube de Bob

L’un de ces deux photons a été propulsé le long d’une fibre optique, alors que l’autre a été envoyé dans un cristal, une sorte de dispositif de stockage de l’information du photon. Le premier photon se trouvant dans la fibre optique, à 25 kilomètres de son frère jumeau, a ensuite été percuté par un troisième photon.

Les scientifiques ont ensuite constaté que l’information contenue dans le troisième photon est parvenue à se frayer un chemin au sein du cristal, sans que les deux photons jumeaux ne se soient directement rencontrés.