Des chercheurs chinois ont franchi une étape majeure dans la distribution de clés quantiques (QKD) espace-sol en démontrant un terminal QKD fonctionnel avec la moitié de la masse d'un système précédent. Après avoir envoyé le nouveau terminal dans l'espace pour orbiter autour de la Terre à bord du laboratoire spatial Tiangong-2, les scientifiques de Laboratoire national de Hefei et par Université des sciences et de la technologie de Chine (USTC) a mené une série de 19 expériences entre le 23 octobre 2018 et le 13 février 2019, transmettant avec succès des clés quantiques entre le satellite et quatre stations au sol pendant 15 jours distincts.
Comme d’autres terminaux QKD, l’appareil étudié dans cette étude s’appuie sur le comportement quantique de la lumière pour créer les types de clés de cryptage nécessaires à la protection des données. "QKD utilise l'unité fondamentale de la lumière - les photons uniques - pour coder des informations entre deux utilisateurs distants", explique Jian-Wei Pan, physicien à l'USTC et co-auteur d'un article sur la recherche en Optica. « Par exemple, l'émetteur peut coder de manière aléatoire des informations sur les états de polarisation des photons, tels que horizontal, vertical, linéaire +45° ou linéaire –45°. Au niveau du récepteur, un décodage d'état de polarisation similaire peut être effectué et les clés brutes peuvent être obtenues. Après correction des erreurs et amplification de la confidentialité, les clés sécurisées finales peuvent être extraites.
Une sécurité évolutive
Le nouveau terminal QKD allégé est une bonne nouvelle pour les utilisateurs ayant des exigences de sécurité élevées. Bien que la cryptographie traditionnelle à clé publique soit actuellement l’un des meilleurs moyens de cryptage, elle repose sur le fait que les ordinateurs classiques ne peuvent tout simplement pas résoudre certains problèmes dans un délai raisonnable. Cependant, ces fonctions mathématiques insolubles ne fonctionnent que si le pirate informatique utilise un ordinateur classique. Comme le souligne Pan, un ordinateur quantique du futur pourrait simplement utiliser l'algorithme de Shor pour déchiffrer même les meilleures méthodes de cryptographie actuelles.
Si les ordinateurs quantiques parviennent à briser le chiffrement classique, une solution possible serait d’utiliser le chiffrement quantique à la place, le cas échéant. "QKD fournit une solution sécurisée aux informations au problème de l'échange de clés", explique Pan. « Le théorème quantique de non-clonage dicte qu’un état quantique inconnu ne peut pas être cloné de manière fiable. Si l’intrus tente d’écouter QKD, elle introduit inévitablement des perturbations dans les signaux quantiques, qui seront ensuite détectés par les utilisateurs de QKD.
Paul Kwiat, physicien de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, aux États-Unis, qui n'a pas participé à la recherche, ajoute que toute attaque contre le QKD doit être effectuée au moment de la transmission. « En ce sens, QKD est parfois décrit comme « à l'épreuve du temps » – peu importe la puissance de calcul qu'un adversaire développera dans 10 ans (ce qui serait important pour la cryptographie à clé publique) ; tout ce qui compte, ce sont les capacités dont dispose un espion lorsque la clé quantique est initialement distribuée », explique Kwiat, qui dirige la division des communications quantiques at Q-SUIVANT, un consortium de recherche axé sur les défis de l'information quantique.
Limitation de la lumière du jour
Alors que les travaux précédents sur le QKD avaient été menés avec un appareil différent sur le satellite Micius, dans la dernière étude, les chercheurs ont pu réduire la masse du terminal en intégrant la charge utile QKD à d'autres systèmes tels que l'électronique de contrôle, l'optique et les télescopes. Il s'agit d'un grand pas en avant, mais les membres de l'équipe Hefei-USTC n'ont pas terminé. L’un des défis mentionnés dans leur article est qu’ils ne peuvent actuellement pas faire fonctionner le terminal pendant la journée. En effet, la diffusion de la lumière solaire crée un bruit de fond de cinq à six ordres de grandeur supérieur à celui observé dans les expériences menées la nuit. Cela dit, Pan et ses collègues travaillent sur des technologies telles que l’optimisation de longueur d’onde, le filtrage spectral et le filtrage spatial pour permettre le fonctionnement du QKD à la lumière du jour.
QKD indépendant de l'appareil rapproche l'Internet quantique inviolable
Pan déclare que l'équipe a de grands projets, qui devraient aboutir à la création d'un réseau quantique mondial intégré par satellite et au sol, capable de fournir des services aux utilisateurs du monde entier. Suite au succès de ces travaux, l’équipe commencera à construire une constellation de satellites quantiques composée de plusieurs satellites en orbite basse, d’un satellite en orbite moyenne à haute et des réseaux QKD à fibres terrestres. "Nous pensons que nos travaux contribueront à un domaine de recherche intéressant sur la manière de construire la constellation de satellites optimale", déclare Pan.
