Inside Scoop de Inside Quantum Technology : Quantum et l'industrie spatiale

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L'industrie spatiale s'associe rapidement à des sociétés d'informatique quantique pour essayer de développer une forme de communication plus sécurisée.

By Kenna Hughes-Castleberry publié le 16 déc. 2022

L'intersection de l'informatique quantique avec l'industrie spatiale permet à deux technologies de nouvelle génération de se heurter. Avec des phénomènes comme l'intrication quantique, les dispositifs quantiques dans l'espace, tels que satellites, peut permettre la prochaine étape de la technologie quantique : l'Internet quantique. Selon une société d'informatique quantique IonQscientifique en chef Chris Monroe: "Deux cas d'utilisation de la technologie quantique dans l'espace incluent (a) des communications sécurisées, même sur plusieurs nœuds, assurées par les lois de la physique quantique, et (b) des capteurs distribués capables de mesurer certaines quantités avec un très faible bruit. Dans les deux cas, les canaux de communication nécessiteraient des ordinateurs quantiques à chaque nœud en tant que circuits répéteurs, évitant ainsi le besoin de petits systèmes informatiques quantiques légers.

Actuellement, les satellites quantiques en cours de développement utilisent QKD (Quantum Key Distribution), ce qui signifie qu'un ensemble de clés est partagé entre le récepteur et l'émetteur. Cela permet une connexion plus sécurisée. Les futurs projets de satellites espèrent utiliser l'intrication quantique pour créer encore plus sécurisé et lien plus rapide. Selon un 2022 Forbes article: "Le lien intriqué quantique permet la téléportation d'informations à la vitesse de la lumière, mais signifie également que toute tentative d'interception du signal coupe immédiatement le lien, rendant le piratage impossible." Ces liens plus sûrs peuvent transformer de nombreuses industries différentes. Ancien spécialiste des fusées de la NASA Olympia Le Point a expliqué que "nous verrons très probablement des satellites convertis pour exploiter les communications quantiques, ce qui empêchera les données bancaires, les données hospitalières et les atteintes à la sécurité nationale". Bien que ces connexions intriquées puissent changer la donne, elles sont difficiles à maintenir, car l'intrication quantique est assez fragile. Comme vous le verrez dans les sections suivantes, de nombreux pays s'efforcent de créer des connexions intriquées quantiques dans l'espace, en utilisant simplement différentes méthodes.

La course chinoise à l'espace

Chine est devenu le premier à envoyer un QKD satellite vers l'espace. Baptisé Micius, le satellite a été lancé en 2016 et pouvait se connecter à des stations au sol distantes de plus de 1200 km. En juillet 2022, la Chine a lancé un deuxième satellite QKD qui pèse environ un sixième de Micius. "Selon Science Daily, en août, le laboratoire spatial chinois Tiangong 2 a transmis des clés de cryptage quantique à quatre stations au sol capables de recevoir des clés quantiques du satellite en orbite Micius, qui utilise la station spatiale comme répéteur », a déclaré le Forbes article déclaré. Alors que la Chine s'efforce de prendre de l'avance dans la course quantique, ces deux satellites pourraient contribuer à leur donner un avantage possible.

L'industrie spatiale européenne (l'Agence spatiale européenne)

Pour ne pas être en reste avec la Chine, l'Agence spatiale européenne (ESA) a annoncé son intention de lancer un satellite QKD d'ici 2024. Le système, appelé Aigle-1, passera les trois premières années après son lancement en orbite pour effectuer des diagnostics sur la technologie. Le satellite proprement dit est fourni par la société italienne SITAEL, tandis que la société allemande Tesat Spacecom fournit la charge utile QKD. Le satellite sera exploité par SES SA, une société de télécommunications franco-luxembourgeoise. "La sécurité et la souveraineté européennes dans un futur monde d'informatique quantique sont essentielles au succès de l'Europe et de ses États membres", a expliqué SES SA. PDG Steve Collar. Il a ajouté que le plan est "de faire progresser les communications quantiques et de développer le système Eagle-1 pour prendre en charge les réseaux européens sécurisés et souverains à l'avenir". Outre ces trois sociétés, 17 autres seront impliquées dans le projet de l'ESA de lancer un satellite QKD dans l'espace.

L'industrie spatiale américaine (NASA)

Alors que les États-Unis travaillent sur leurs propres satellites QKD, la National Aeronautics and Space Administration (NASA) se concentre sur la détection de l'intrication dans l'espace. Le projet s'appelle MERQUE (Space Entanglement Annealing Quantum Experiment) et il verra si deux photons peuvent être intriqués dans l'espace. Selon le chercheur principal de SEAQUE, Dr Paul Kwait de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign : "L'avantage d'essayer de fermer le lien depuis l'espace est que l'intensité de la lumière diminue fondamentalement et donc dans la perte, il y a beaucoup moins de passage dans l'espace libre qu'il n'en essaierait d'envoyer un signal à travers la fibre. Les chercheurs envisagent de lancer le Système SEAQUE (pas plus gros qu'un carton de lait) à la fin de cette année. Le système sera ensuite fixé à l'extérieur de la Station spatiale internationale (ISS). Là, les chercheurs peuvent tester l'enchevêtrement.

"SEAQUE va créer un enchevêtrement grâce à un processus appelé down-conversion paramétrique spontanée, dans lequel un seul photon traverse un cristal non linéaire et produit deux photons filles qui sont à plus faible énergie" a déclaré un 2022 Popular Science article. Pour chaque photon entré, une paire de photons filles intriqués doit être libérée. Les chercheurs utiliseront un détecteur pour compter le nombre de photons générés par la source intriquée. La NASA prévoit également de tester une technique différente où SEAQUE peut aider les émetteurs et les récepteurs »auto-guérison” du rayonnement spatial. Si ces deux expériences se déroulent bien, SEAQUE ne serait que la première de nombreuses phases à établir un Internet quantique intriqué.

Aider l'industrie spatiale à développer un Internet quantique

Avec des connexions enchevêtrées à longue distance, des données, telles que des images de télescope, peuvent être envoyées vers la Terre depuis l'espace à un rythme plus rapide. Cela permet à de nombreuses entreprises et gouvernements de travailler sur une structure globale pour ces connexions, ou un Internet quantique. "Nous sommes plus près de voir l'Internet quantique voir le jour", a ajouté LePoint. «Nous le voyons dans la percée scientifique de la NASA en 2020 en étant le premier à créer la téléportation longue distance. Puis en 2021, une équipe de médecins hologrammes était 'holoporté' dans l'espace pour rendre visite aux astronautes vivant à bord de la Station Spatiale Internationale (ISS) grâce à cette téléportation longue distance. La NASA prépare le terrain pour l'Internet quantique, qui conduira à des communications quantiques pour la communication et la technologie des hologrammes. Alors que l'industrie spatiale s'efforce de rendre l'espace plus convivial quantique, le reste de l'industrie quantique suivra sans aucun doute les progrès, dans l'espoir de tirer parti de la technologie à l'avenir.

Kenna Hughes-Castleberry est rédactrice à Inside Quantum Technology et communicatrice scientifique à JILA (un partenariat entre l'Université du Colorado à Boulder et le NIST). Ses rythmes d'écriture incluent la technologie profonde, le métaverse et la technologie quantique.