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Cryptographie quantique : 80 km, record de distance avec des variables continues

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En maniant les photons individuellement, la cryptographie quantique à variables discrètes peut être utilisée sur de longues distances mais son utilisation est délicate. Avec des variables continues, elle devient possible avec des moyens de télécommunications usuels, mais les grandes distances restent infranchissables. Avec 80 km au compteur, des chercheurs français ont réussi une étape décisive dans la progression de cette technique de sécurisation des données sur Internet.

L'information quantique est un sujet de recherche relativement récent en physique. On fonde de grands espoirs sur cette discipline, notamment à travers l'utilisation des qubits dans des ordinateurs quantiques. © Thinkstock

Le phénomène d'intrication quantique a été découvert théoriquement par Einstein et Schrödinger dans les années 1930. C'est ce phénomène qui est au cœur du célèbre paradoxe EPR, dont l'existence a été vérifiée en 1982 par Alain Aspect et ses collègues.

Le phénomène d'intrication quantique peut servir à transmettre de façon sûre une clé de chiffrement basée sur l'emploi des nombres premiers, en utilisant ce qu'on appelle le protocole E91, proposé en 1991 par Artur Ekert. Mais ce n'est pas la seule façon d'utiliser les lois de la mécanique quantique pour distribuer de clés en cryptographie. Le protocole BB84 proposé par Charles H. Bennett et Gilles Brassard en 1984, par exemple, n'utilise pas le phénomène d'intrication.

En fait, le point important est d'utiliser la physique quantique pour s'assurer que la transmission d'une clé (Quantum Key Distribution ou QKD en anglais) n'a pas été interceptée par un espion.

Werner Heisenberg a découvert les fameuses inégalités portant son nom. Aujourd'hui, on s'en sert pour faire de la cryptographie quantique. © Deutsches Bundesarchiv, cc by sa 3.0

Des paquets d'ondes plutôt que des photons polarisés

La cryptographie quantique permet donc de s'assurer, en théorie du moins, de la confidentialité des transactions sur Internet. C'est pourquoi on cherche à développer divers moyens pour construire un réseau de communication quantique sur de très longues distances. La récente proposition d'un groupe de chercheurs, consistant à effectuer un test de l'effet EPR entre la Terre et l'ISS, est une illustration directe de cet espoir.

On sait transmettre une clé en cryptographie quantique sur des distances importantes, en utilisant des variables discrètes comme la polarisation de photons. Or, il faut employer des photons un à un, et ce n'est guère pratique. Il est beaucoup plus facile d'utiliser des variables continues, comme la phase et l'amplitude de paquets d'ondes avec des états cohérents. On peut alors se servir des composants télécom standards et ce sont, en quelque sorte, les inégalités de Heisenberg propres à ces variables continues qui permettent de faire de la cryptographie quantique.

Des techniques de communication quantique améliorées

Malheureusement, cela imposait d'avoir recours à des techniques de correction d'erreurs sophistiquées (pour rendre le signal le plus clair possible), dont les performances ont longtemps limité à 25 km la distribution quantique de clés à variables continues (Continuous Variables Quantum Key Distribution ou CVQKD en anglais).

Ces techniques viennent d'être améliorées, grâce à une collaboration entre des physiciens, informaticiens et ingénieurs du CNRS, de l'Institut d'optique Graduate School, de Télécom ParisTech, d'Inria (Institut national de recherche en informatique et en automatique) et de la start-up Sequrenet.

Dans un article publié dans Nature Photonics, mais en accès libre sur arxiv, ils décrivent une méthode de CVQKD franchissant une distance de 80 km. Selon le communiqué du CNRS, cette réussite ouvre des perspectives pour la sécurisation des liaisons métropolitaines, par exemple dans les data centers régionaux.

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