L’impact de l’informatique quantique sur l’exploration spatiale

 

Galaxie M74 l’assemblage d’une image combinée produite par Hubble et d’un cliché

capturant des infrarouges moyens réalisé par le JWST

 Exploration Spatiale

         Les agences spatiales du monde entier se penchent sur l’avenir de l’exploration dans l’espace lointain, au-delà de la Station spatiale internationale (SSI). Elles se sont engagé à participer aux efforts internationaux visant à mener l’humanité plus loin dans le Système solaire.

         L’ensemble des acteurs de l’Espace collaborent pour écrire une nouvelle page de l’histoire de l’exploration spatiale sur les missions habitées dans l’espace lointain, comme sur la Lune ou sur Mars. Ces missions audacieuses présenteront des difficultés plus importantes que dans le cas des missions à la Station spatiale internationale, qui n’est qu’à 400 km de la Terre comme par exemple les :

         – missions de longue durée à cause de l’éloignement;

         – risques pour la santé des astronautes (multiples dus à différentes causes) ;

         – longs délais de communication.

         Les équipages et les missions dans l’espace lointain devront donc disposer de plus d’indépendance et d’autonomie.

La communauté spatiale Internationale, la plus avancée, se prépare à jouer un rôle primordial dans ces futures missions en mettant au point des technologies dans les domaines d’expertise internationale, comme l’intelligence artificielle, la robotique, les sciences de la santé, ou encore le traitement de l’information Quantique (QIP).

-Exploration Spatiale quantique

      L’exploration spatiale quantique est un domaine nouveau et passionnant qui émerge à la suite du développement de la technologie de traitement de l’information quantique (Quantic Information Processing QIP).

         Le but de cette technologie est de permettre aux humains de voyager dans l’Espace lointain, de se déplacer entre les galaxies de découvrir d’autres univers et d’apprendre davantage sur les origines de l’univers de la formation des étoiles et des galaxies et le potentiel de vie sur d’autres planètes.

         De plus, cette technologie pourrait être utilisée pour établir de nouvelles colonies et même trouver de nouvelles sources d’énergie.

         La technologie de traitement de l’information quantique (QIP) qui permettra les voyages dans l’espace repose sur les principes de la mécanique quantique, qui régissent le comportement de la matière et de l’énergie aux niveaux atomique et subatomique.

1. Comment fonctionne l’exploration spatiale quantique ?

         Exploration Spatiale Quantique fonctionne en utilisant la technologie QIP pour manipuler et contrôler le comportement de la matière et de l’énergie aux niveaux atomique et subatomique. Cette technologie permet de créer de nouveaux matériaux capables de résister aux conditions extrêmes de l’espace, telles que les radiations et les températures extrêmes. Cela permet également la création de nouveaux systèmes de propulsion capables de voyager plus vite et plus loin que les moteurs de fusées traditionnels.

2. Quelle est la meilleure option pour l’exploration spatiale quantique ?

   La meilleure option pour l’exploration spatiale quantique dépend de nombreux facteurs, notamment le coût, la faisabilité et les avantages potentiels. Cependant, il est clair que le développement de la technologie QIP est essentiel au succès de l’exploration spatiale quantique. Cette technologie a le potentiel de révolutionner les voyages permettant des engins spatiaux plus rapides et plus efficaces, ainsi que de nouveaux matériaux et systèmes de propulsion. Même si le développement de la technologie QIP présente de nombreux défis, les avantages potentiels sont trop importants pour être ignorés.

Traitement de l’Information Quantique (QIP)

         Le traitement de l’information quantique (QIP) est un domaine en croissance rapide à l’intersection de la mécanique quantique et de l’informatique. Il vise à utiliser les propriétés uniques des systèmes quantiques pour traiter l’information d’une manière que les ordinateurs classiques ne peuvent pas. QIP a le potentiel de révolutionner l’informatique et la communication, et constitue également un élément clé dans le développement de technologies quantiques telles que les capteurs quantiques, la cryptographie quantique et l’informatique quantique.

         Cette technologie est différente de l’informatique classique dans la mesure où elle utilise des qubits ou bits quantiques au lieu de bits classiques. Les qubits peuvent exister dans plusieurs états en même temps, ce qui permet des vitesses de traitement beaucoup plus rapides que l’informatique classique.

Informatique quantique

         L’informatique quantique est une technologie émergente qui a le potentiel de révolutionner le domaine de l’exploration spatiale. La capacité des ordinateurs quantiques à résoudre des problèmes complexes plus efficacement que les ordinateurs classiques ouvre de nouvelles voies d’exploration et de découverte. Dans cette section, nous discuterons de l’impact de l’informatique quantique sur l’exploration spatiale sous différents angles.

1. Navigation et communication améliorées

         L’une des applications les plus importantes de l’informatique quantique dans l’exploration spatiale consiste à améliorer la navigation et la communication. Les ordinateurs quantiques peuvent traiter de grandes quantités de données et effectuer des calculs plus rapidement que les ordinateurs classiques. Cette vitesse peut aider à développer des modèles plus précis de l’univers, susceptibles de faciliter les missions spatiales. La capacité de traiter les données plus rapidement peut également contribuer au développement de meilleurs systèmes de communication entre la Terre et les vaisseaux spatiaux.

2-Capteurs quantiques (1)

Les capteurs quantiques constituent un autre domaine dans lequel l’informatique quantique peut avoir un impact significatif sur l’exploration spatiale. Ces capteurs utilisent les propriétés de la mécanique quantique pour détecter et mesurer diverses grandeurs physiques telles que les champs magnétiques, la gravité et la température. Dans l’exploration spatiale, les capteurs quantiques peuvent être utilisés pour détecter les ondes gravitationnelles, la matière noire et d’autres phénomènes insaisissables difficiles à observer avec les capteurs classiques.

3-Optimisation de la conception des engins spatiaux

L’informatique quantique peut également contribuer à optimiser la conception des engins spatiaux. En exécutant des simulations sur des ordinateurs quantiques, les ingénieurs peuvent développer des conceptions plus efficaces, consommant moins de carburant et plus résistantes aux radiations. Cette optimisation peut conduire à des économies de coûts significatives et réduire les risques associés aux missions spatiales.

4-Cryptographie quantique

La cryptographie quantique est un domaine qui utilise les principes de la mécanique quantique pour développer des systèmes de communication sécurisés. Dans l’exploration spatiale, cette technologie peut être utilisée pour sécuriser la communication entre les engins spatiaux et la Terre. La cryptographie quantique est immunisée contre les attaques des pirates informatiques, ce qui en fait une solution idéale pour sécuriser les communications dans l’espace.

En 2016, une mission satellite conjointe sino-autrichienne exploitée par la CAS (Académie chinoise des sciences), en coopération avec l’Université de Vienne et l’Académie autrichienne des sciences (AAS), appelée QUESS**, a été lancée pour la validation de principe conçue pour faciliter les expériences d’optique quantique sur de longues distances afin de permettre le développement du cryptage quantique et de la technologie de téléportation quantique.

5-Apprentissage automatique quantique

L’apprentissage automatique est un domaine qui implique le développement d’algorithmes capables d’apprendre à partir des données et d’améliorer leurs performances au fil du temps. L’apprentissage automatique quantique est un nouveau domaine qui combine l’informatique quantique et l’apprentissage automatique pour développer des algorithmes plus efficaces. Dans l’exploration spatiale, cette technologie peut être utilisée pour analyser de grandes quantités de données collectées à partir d’engins spatiaux et développer des modèles capables de prédire des événements futurs.

Conclusion

         L’informatique quantique a le potentiel de révolutionner l’exploration spatiale en améliorant la navigation et la communication, en développant des capteurs quantiques, en optimisant la conception des engins spatiaux, en développant des systèmes de communication sécurisés et en utilisant l’apprentissage automatique quantique pour analyser les données. Ces avancées peuvent conduire à des économies significatives, réduire les risques associés aux missions spatiales et ouvrir de nouvelles voies d’exploration et de découverte.

 

(*) : DR Riffi Temsamani est certifié, Bureau des Affaires Spatiales des Nations Unies (BASNU, UNOOSA) en Droit International de l’Espace à l’intention des Nouveaux Acteurs du secteur spatial en Economie Spatiale et en Durabilité de l’Espace.

• EXEMPLE DE CAPTEURS QUANTIQUES : LES CENTRES NV

La capacité des technologies quantiques à contrôler la matière à l’échelle d’un objet quantique unique ouvre des possibilités d’applications entièrement nouvelles. Les centres NV du diamant, composés d’un atome de carbone juxtaposé à une lacune dans la maille du cristal, sont un exemple emblématique des capteurs quantiques. Ils permettent des mesures de champ magnétique à l’échelle nanométrique par voie optique. Ils peuvent aussi convertir des signaux radiofréquence en signal optique. Nous exploitons cette propriété pour effectuer l’analyse du spectre d’un champ radiofréquence en temps réel et sur une large gamme couvrant l’ensemble du spectre des communications radiofréquences. 

*Cet article est le fruit de plusieurs études réalisées par les spécialistes du Traitement de l’Information Quantique (QIP)

** https://www.eoportal.org/satellite-missions/quess