Soutenir la croissance de l’Internet au moyen de réseaux quantiques
Achetée sur Istockphoto.com. Droits d’auteurs
Toutes les données d’Internet transitent par les réseaux de communication optiques. Ces réseaux sont constitués de fibres optiques monomodes, vieilles d’une trentaine d’années. La venue des flux vidéo et des objets connectés de même que la popularité de l’infonuagique alimentent notre appétit pour des bandes passantes toujours plus grandes et rapides. La limite physique des réseaux existants sera bientôt atteinte. Il faut trouver d’autres solutions pour assurer la croissance de l’Internet.
Des fibres optiques spéciales
Pour remplacer les fibres optiques monomodes d’hier, les chercheurs de la Chaire de recherche Marcelle-Gauvreau sur les dispositifs photoniques multimatériels et multifonctionnels poursuivront leurs travaux qui visent à développer plusieurs types de fibres optiques plus performantes (voir figure 1).
Figure 1 : Fibre optique spéciales sur lesquelles travaillent les chercheurs de la Chaire
Un des projets qui les occupera, entre autres, consiste en la conception, la fabrication et la caractérisation de fibres optiques à cœur creux pour répondre aux futures technologies de multiplexage spatial (SDM). Ces fibres ont la particularité de guider la lumière dans un cœur vide (rempli d’air ou d’argon), ce qui permet de réduire les pertes et le temps de latence de beaucoup. Couplées au SDM, qui consiste à envoyer plusieurs formes de lumière simultanément dans une fibre optique comme autant de canaux indépendants, ces fibres promettront de révolutionner le domaine des communications optiques. Ayant développé une expertise dans cette technologie durant les cinq dernières, les chercheurs de la Chaire ont l’intention de repousser les frontières de ce domaine.
Passage aux communications quantiques
Bora Ung, professeur au Département de génie électrique et titulaire de la Chaire de recherche en génie Marcelle-Gauvreau sur les dispositifs photoniques multimatériels et multifonctionnels
D’autres fibres optiques, à cœur creux ou solide, seront aussi développées pour les réseaux de communications quantiques, soit des réseaux qui exploitent certaines propriétés observées en mécanique quantique. Le principal avantage de ce nouveau domaine de recherche est la sécurité des communications qu’offrent les canaux quantiques.
En effet, l’un des principes fondamentaux de la mécanique quantique est la superposition des états. Alors, qu’en science de l’information classique, l’information est encodée sous forme de 0 et 1, soit deux états mutuellement exclusifs, en communication quantique, ces deux états peuvent exister simultanément jusqu’au moment où l’on effectue une mesure de l’état. En effet, l’action de mesurer un état quantique fait en sorte que ce dernier « s’immobilise » sur un état final : 0 ou 1. L’implication la plus importante de ce phénomène est le théorème de non-clonage, qui stipule qu’il est impossible d’obtenir une copie parfaite d’un état quantique sans détruire l’information qu’il contient. Ce théorème est à la base du mécanisme qui assure la sécurité des réseaux quantiques. Un autre principe, l’intrication quantique de particules, est à la base de la téléportation quantique, phénomène qui amène d’autres approches de cryptographie.
Les canaux quantiques sont encore restreints au milieu de la recherche, mais une fois mieux maîtrisés, ils pourraient être avantageusement utilisés dans certains secteurs névralgiques, comme les communications gouvernementales ou bancaires, ou encore pour envoyer des clés de cryptage qui serviraient à décoder les signaux envoyés sur un réseau moins sûr mais plus rapide.
Les faisceaux vortex déjà étudiés par les chercheurs de l’ÉTS constituent une base sérieusement envisagée pour les applications de communications quantiques.
Capteurs optiques et dispositifs connectés
Enfin, de nouvelles approches pour fonctionnaliser des fibres optiques spéciales fabriquées à partir de nanomatériaux seront explorées afin de concevoir de nouveaux capteurs compacts environnementaux (humidité, gaz, champs magnétiques) ainsi que pour des applications de biodiagnostic.
Figure 2 : Exemple de de capteurs à base de fibre optique
