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Ouvrir la voie à des réseaux de communication quantique sécurisés

Des chercheurs travaillent avec des atomes artificiels pour réaliser la première expérience de communication quantique interurbaine, et démontrer comment les informations transmises peuvent être protégées contre les cybermenaces.

L’émergence des ordinateurs quantiques rend les méthodes de cryptage conventionnelles de plus en plus vulnérables. Pour sécuriser les communications, il importe de passer à la distribution quantique de clés (DQC), une technologie qui protège les informations transmises contre les attaques des logiciels malveillants. La DQC utilise les propriétés de la physique quantique pour sécuriser la transmission des données, mais l’existence limitée des sources de lumière quantique a rendu difficile la mise en place de grands réseaux. Une équipe de scientifiques allemands, soutenue en partie par les projets MiNet et Qurope, financés par l’UE, et par le programme européen d’innovation et de recherche en métrologie, vient de réaliser la première expérience interurbaine de DQC avec une source à photon unique (SPU) déterministe. Décrite dans leur étude publiée dans la revue «Light: Science & Applications», cette réalisation révolutionnera la façon dont nos informations confidentielles sont protégées contre les cybermenaces. «Nous travaillons avec des points quantiques, qui sont de minuscules structures semblables à des atomes, mais adaptées à nos besoins», explique Fei Ding, auteur principal de l’étude et professeur à l’Université Gottfried-Wilhelm-Leibniz de Hanovre (LUH), coordinatrice du projet MiNet, dans un article publié dans «Newswise». «Pour la première fois, nous avons utilisé ces “atomes artificiels” dans une expérience de communication quantique entre deux villes. Cette installation, connue sous le nom de “Niedersachsen Quantum Link”, relie Hanovre et Braunschweig par fibre optique.»

D’Alice à Bob

L’expérience s’est déroulée dans l’État fédéral allemand de Basse-Saxe, avec une connexion par fibre de 79 km de long reliant la LUH, située à Hanovre, et l’institut national de métrologie allemand, le Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), situé à Braunschweig. L’émetteur Alice, situé au sein de la LUH, prépare statiquement des photons uniques cryptés en polarisation. Le récepteur Bob, situé au PTB, contient un décodeur de polarisation passif pour décrypter les états de polarisation des photons uniques reçus qui passent par les canaux quantiques à base de fibres. «Les dispositifs à points quantiques émettent des photons uniques que nous contrôlons et envoyons à Braunschweig pour être mesurés. Ce processus est fondamental pour la distribution quantique de clés», note Fei Ding. Il en résulte une transmission stable et rapide des clés secrètes. Les chercheurs ont d’abord vérifié que des taux de clés secrètes (TCS) positifs pouvaient être atteints pour des distances allant jusqu’à 144 km correspondant à une perte de 28,11 dB en laboratoire. La liaison par fibre optique déployée a permis de transmettre des clés secrètes à haut débit avec un faible taux d’erreur sur les bits quantiques pendant 35 heures. Le premier auteur de l’étude, Jingzhong Yang, docteur à la LUH, explique: «L’analyse comparative avec les systèmes de DQC existants impliquant des SPU révèle que le TCS obtenu dans le cadre de ce travail va au-delà de toutes les mises en œuvre actuelles basées sur les SPU. Même sans optimisation supplémentaire des performances de la source et de l’installation, elle s’approche des niveaux atteints par les protocoles de DQC “decoy state”, basés sur des impulsions cohérentes faibles.» Les résultats de la recherche montrent qu’il est possible d’intégrer de manière transparente des SPU à semi-conducteurs dans des réseaux de communication quantique réalistes, à grande échelle et de grande capacité. «Il y a quelques années, nous ne faisions que rêver d’utiliser des points quantiques dans des scénarios de communication quantique réels», commente Fei Ding. «Aujourd’hui, nous sommes ravis de démontrer leur potentiel pour de nombreuses autres expériences et applications fascinantes qui se présenteront à l’avenir, dans la perspective d’un “internet quantique”.» Le projet Qurope (Quantum Repeaters using On-demand Photonic Entanglement) s’est achevé en février 2024. MiNet (Large-scale multipartite entanglement on a quantum metrology network) se terminera en 2027. Pour plus d’informations, veuillez consulter: projet MiNet site web du projet Qurope

Mots‑clés

MiNet, Qurope, quantique, communication quantique, point quantique, distribution quantique de clés, source de photons uniques, cybermenace, photon

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