Le câble à fibre optique de 100 kilomètres à travers lequel une équipe de chercheurs du DTU a réussi à distribuer en toute sécurité une clé chiffrée quantique. Crédit : DTU
Des chercheurs de l'Université technique du Danemark (DTU) ont utilisé avec succès le cryptage quantique pour la transmission sécurisée d'informations sur une distance de 100 kilomètres via un câble à fibre optique, soit à peu près la même distance que celle entre Oxford et Londres.
Des scientifiques de l'Université technique du Danemark (DTU) ont réalisé une percée dans la communication sécurisée en distribuant une clé à sécurité quantique via la distribution de clés quantiques à variable continue (CV QKD). Cette équipe a établi un nouveau record en rendant la technique efficace sur une distance inédite de 100 kilomètres, la plus longue jamais réalisée avec le CV QKD. L’avantage de la méthode est qu’elle peut être appliquée à l’infrastructure Internet existante.
Les ordinateurs quantiques menacent les cryptages basés sur des algorithmes existants, qui sécurisent actuellement les transferts de données contre les écoutes clandestines et la surveillance. Ils ne sont pas encore assez puissants pour les briser, mais c'est une question de temps. Si un ordinateur quantique parvient à trouver les algorithmes les plus sécurisés, il laisse la porte ouverte à toutes les données connectées via Internet. Cela a accéléré le développement d’une nouvelle méthode de cryptage basée sur les principes de la physique quantique.
Mais pour réussir, les chercheurs doivent surmonter l’un des défis de la mécanique quantique : assurer la cohérence sur de plus longues distances. Jusqu’à présent, la distribution de clés quantiques à variable continue a mieux fonctionné sur de courtes distances.
« Nous avons réalisé de nombreuses améliorations, notamment en ce qui concerne la perte de photons en cours de route. Dans cette expérience, publiée dans Avancées scientifiques, nous avons distribué en toute sécurité une clé chiffrée quantique sur 100 kilomètres via un câble à fibre optique. Il s'agit d'une distance record avec cette méthode », déclare Tobias Gehring, professeur agrégé au DTU, qui, avec un groupe de chercheurs du DTU, vise à pouvoir diffuser des informations cryptées quantiquement dans le monde entier via Internet.
Clés secrètes des états quantiques de la lumière
« Lorsque des données doivent être envoyées de A à B, elles doivent être protégées. Le cryptage combine les données avec une clé sécurisée distribuée entre l'expéditeur et le destinataire afin que tous deux puissent accéder aux données. Un tiers ne doit pas être en mesure de comprendre la clé lors de sa transmission ; sinon, le cryptage sera compromis. L’échange de clés est donc essentiel au chiffrement des données.
Quantum Key Distribution (QKD) est une technologie avancée sur laquelle les chercheurs travaillent pour des échanges cruciaux. La technologie assure l’échange de clés cryptographiques en utilisant la lumière provenant de particules de mécanique quantique appelées photons.
Le groupe de recherche : (au premier plan) Adnan AE Hajomer, Nitin Jain, Ulrik L. Andersen (au fond) Ivan Derkach, Hou-Man Chin, Tobias Gehring. Crédit : DTU
Lorsqu'un expéditeur envoie des informations codées en photons, les propriétés mécaniques quantiques des photons sont exploitées pour créer une clé unique pour l'expéditeur et le destinataire. Les tentatives faites par d’autres pour mesurer ou observer des photons dans un état quantique changeront instantanément leur état. Par conséquent, il n’est physiquement possible de mesurer la lumière qu’en perturbant le signal.
« Il est impossible de faire une copie d’un état quantique, comme lorsqu’on fait une copie d’une feuille A4 – si vous essayez, ce sera une copie de qualité inférieure. C'est ce qui garantit qu'il n'est pas possible de copier la clé. Cela peut protéger les infrastructures critiques telles que les dossiers médicaux et le secteur financier contre le piratage », explique Tobias Gehring.
Fonctionne via l'infrastructure existante
La technologie CV QKD (Continuous Variable Quantum Key Distribution) peut être intégrée à l’infrastructure Internet existante.
« L'avantage de l'utilisation de cette technologie est que nous pouvons construire un système qui ressemble à celui sur lequel repose déjà la communication optique. »
L’épine dorsale d’Internet est la communication optique. Il fonctionne en envoyant des données via une lumière infrarouge traversant des fibres optiques. Ils fonctionnent comme des guides de lumière posés dans des câbles, garantissant que nous pouvons envoyer des données dans le monde entier. Les données peuvent être envoyées plus rapidement et sur de plus longues distances via des câbles à fibres optiques, et les signaux lumineux sont moins sensibles aux interférences, appelées bruit en termes techniques.
« C’est une technologie standard utilisée depuis longtemps. Ainsi, vous n’avez pas besoin d’inventer quoi que ce soit de nouveau pour pouvoir l’utiliser pour distribuer des clés quantiques, et cela peut rendre la mise en œuvre beaucoup moins chère. Et nous pouvons travailler à température ambiante», explique Tobias Gehring, ajoutant :
« Mais la technologie CV QKD fonctionne mieux sur des distances plus courtes. Notre tâche est d'augmenter la distance. Et les 100 kilomètres constituent un grand pas dans la bonne direction.
Bruit, erreurs et assistance de l'apprentissage automatique
Les chercheurs ont réussi à augmenter la distance en s’attaquant à trois facteurs qui limitent leur système dans l’échange de clés chiffrées quantiquement sur de plus longues distances :
L’apprentissage automatique a permis de mesurer plus tôt les perturbations affectant le système. Le bruit, comme on appelle ces perturbations, peut provenir, par exemple, d'un rayonnement électromagnétique, qui peut déformer ou détruire les états quantiques transmis. La détection plus précoce du bruit a permis de réduire plus efficacement son effet correspondant.
De plus, les chercheurs sont devenus meilleurs dans la correction des erreurs qui peuvent survenir en cours de route et qui peuvent être causées par du bruit, des interférences ou des imperfections du matériel.
« Dans nos prochains travaux, nous utiliserons la technologie pour établir un réseau de communication sécurisé entre les ministères danois afin de sécuriser leurs communications. Nous tenterons également de générer des clés secrètes entre Copenhague et Odense, par exemple, pour permettre aux entreprises ayant des succursales dans les deux villes d'établir une communication à sécurité quantique », explique Tobias Gehring.
Le Fonds d'innovation danois, la Fondation nationale danoise pour la recherche, le programme de recherche et d'innovation Horizon Europe de l'Union européenne, la Fondation Carlsberg et la Fondation tchèque pour la science soutiennent le projet.
