Un réseau dans la ville, où la moindre intrusion est instantanément repérée. © Secoqc

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Le premier réseau informatique géant avec cryptage quantique

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A Vienne, en Autriche, des groupes de recherche européens viennent de faire la démonstration d'un échange de données avec cryptage quantique à grande échelle, le long de 200 kilomètres de fibres optiques existantes. Reste à convaincre les banques...

Inviolable. Voilà le mot souvent prononcé pour le procédé de cryptographie quantique. Contrairement à la méthode habituelle du chiffrement, qui repose sur la complexité d'une opération mathématique, celui-là utilise une propriété physique des particules, les photons en l'occurrence, celle de l'intrication quantique. Ce phénomène, qui défie l'entendement du profane (et même des physiciens d'ailleurs), décrit un état global d'une paire de particules. Lorsqu'elles sont intriquées, une mesure d'un paramètre (vitesse, trajectoire, polarisation, spin...) affecte le résultat d'une mesure sur l'autre, quelle que soit la distance qui les sépare. Ainsi, si l'on prépare sur Terre des paires de photons intriqués et que l'on envoie vers la galaxie d'Andromède un photon A intriqué avec un photon B restant confiné sur Terre, une expérience sur A menée par des extraterrestres andromédiens influencerait les mesures faites chez nous sur B. Des corrélations existeront alors entre les résultats des mesures effectuées dans les deux galaxies sur A et sur B. Or, si un deuxième extraterrestre avait intercepté un des photons, pour en faire une copie, ces corrélations seraient modifiées, ce qui trahirait l'interception. En communiquant entre eux, les interlocuteurs des deux galaxies pourraient donc vérifier en permanence que leur communication n'est pas épiée.

Ce phénomène a été théorisé depuis des lustres et repose sur l'interprétation de Copenhague de la physique quantique : tant qu'on n'a pas effectué de mesure, un système quantique n'est pas dans un état déterminé. La mesure indique bien un certain état mais ne démontre pas que celui-ci existait avant elle... La physique quantique permet en effet qu'un système se présente selon des états superposés. Un photon peut ainsi être polarisé à la fois dans un sens et dans un autre. Cette vision troublait au plus haut point Albert Einstein. Avec Boris Podolsky et Nathan Rosen, le père de la relativité générale a voulu montrer l'absurdité de cette situation en construisant une expérience de pensée dans laquelle, justement, une mesure sur un photon affecte l'état de son cousin intriqué. Le trio aboutissait à un paradoxe, baptisé EPR, les initiales de ces physiciens.

Le terrain de jeu de la démonstration. A droite, les quatre sites installés dans la ville de Vienne. A gauche, celui situé dans à Sankt Pölten, capitale régionale. Les liaisons en fibres optiques (en rouge) sont celles du réseau existant, empruntant notamment une voie à grande circulation entre les deux cités. © Secoqc

Imparable détection d'intrus

Par la suite, il a été démontré que ce paradoxe n'en était pas un et que tout s'expliquait lumineusement par la physique quantique. Bien plus tard, l'expérience a parlé. En 1982, Alain Aspect a obtenu l'intrication quantique d'une paire de photons. Depuis, plusieurs applications ont été envisagées, et parfois testées, permettant d'imaginer la téléportation quantique et le cryptage quantique. Si l'on peut intriquer des particules de lumière dont une partie formera un message, il devrait être possible, à l'aide des autres, de vérifier si celui-ci a été intercepté.

La faisabilité du cryptage quantique a depuis été bien démontrée. Ce n'est pas le message lui-même que l'on crypte car les données que l'on peut soumettre à l'intrication doivent être aléatoires. En revanche, on peut créer de cette manière une clé qui, elle, pourra être échangée en toute sécurité. La méthode convient donc bien à la cryptographie dite symétrique, quand les interlocuteurs utilisent une clé unique (en mode asymétrique, il existe deux clés, dont l'une est publique).

Depuis plusieurs années, des informaticiens explorent cette voie et, en 2004, l'Union européenne a lancé le projet Secoqc (Secure Communication based on Quantum Cryptography, soit communication sûre fondée sur la cryptographie quantique). Une quarantaine d'équipes de recherche y participent, provenant de plusieurs pays de l'Union mais aussi du Canada, de Russie et de Suisse. Ces chercheurs ont mis au point une technique utilisant la polarisation de la lumière pouvant prendre deux valeurs. Une superbe démonstration vient d'être réalisée à Vienne, réunissant quatre ordinateurs de la capitale autrichienne et un cinquième, installé à Sankt Pölten, à une soixantaine de kilomètres. Les liaisons empruntaient des fibres optiques existantes, totalisant une longueur de deux cents kilomètres. Il s'agissait donc d'une expérience à taille réelle.

La démonstration a permis l'échange de données audio et vidéo et une attaque du réseau par des pirates a même été simulée. L'interception du signal a été immédiatement décelée et le système, tel qu'il était présenté dans cette démonstration, interrompait la communication, basculant sur un autre des canaux de communication mis en place. L'intrusion n'est donc pas évitée mais détectée.

Assez lourde à mettre en œuvre, cette technique de cryptage quantique ne peut convenir qu'à certaines situations où la sécurité doit être maximale. Les clients potentiels sont les banques et les assurances, dont les représentants étaient conviés à la démonstration viennoise, mais il faudra sans doute encore d'autres expérimentations de ce genre pour achever de les convaincre.