Une percée majeure de la technologie quantique a été réalisée en octobre 2024: la toute première liaison de communication satellite quantique entre la Chine et l'Afrique du Sud. La connexion a duré un remarquable 12 900 km: le lien de communication quantique intercontinental le plus long établi à ce jour. Le plus long avant cela était de 7 600 km et dans l'hémisphère nord seulement.
Il a été réalisé avec la distribution de clés quantiques, une méthode pour qu'un expéditeur et un récepteur partagent une clé sécurisée qu'ils peuvent utiliser pour envoyer des messages en toute sécurité. Toute interception pendant la transmission laisse des traces qui peuvent être détectées. Il s'agit d'envoyer des photons uniques (minuscules particules de lumière).
Si quelqu'un essaie d'intercepter les photons, les photons sont dérangés à cause de la physique quantique. La physique quantique est l'étude de la matière et de l'énergie au niveau le plus fondamental. L'expéditeur et le récepteur utilisent uniquement des photons non perturbés, ce qui rend la clé du message Ultra Secure. La clé peut être envoyée via une fibre optique ou un espace libre, y compris des satellites.
La communication quantique peut être utilisée pour envoyer des données dans de nombreux secteurs tels que le gouvernement, les secteurs militaires et financiers.
Je fais partie du groupe de chercheurs en physique quantique qui ont créé un lien quantique sécurisé et en temps réel entre Pékin en Chine et l'Université Stellenbosch en Afrique du Sud. Il s'agit de la première liaison satellite quantique dans l'hémisphère sud. Il s'agit également de la première communication quantique sécurisée entre les hémisphères nord et sud.
La connexion a permis la transmission sécurisée d'images chiffrées, en s'appuyant sur les principes uniques de la physique quantique.
Avec cette réalisation, l'Afrique du Sud a rejoint la frontière de la communication quantique. Il s'agit d'un pas vers un Internet quantique éventuel entièrement intégré, sécurisé et mondial.
Ce que nous avons réalisé
En tant que chercheurs, nous souhaitons développer des systèmes optiques pour déployer des liens de communication quantique.
Notre objectif principal est sur la communication quantique par satellite. Les liaisons satellites sont essentielles pour développer un réseau de communication quantique sécurisé, car ils travaillent sur des distances de plusieurs milliers de kilomètres. Les réseaux de fibres sur le sol ont des limites de distance.
Nous concevons des instruments (charges utiles optiques) capables de générer et de détecter des photons enchevêtrés en orbite.
Notre travail comble l'optique quantique, l'ingénierie aérospatiale et la théorie de la communication pour réaliser des liens quantiques évolutifs et hautes performances entre les stations au sol et les satellites.
Pour mettre en place des liaisons de communication quantique entre la Chine et l'Afrique du Sud, une microsatellite appelée Jinan 1 a été lancée en orbite terrestre basse, et une station de sol optique portable a été installée. Il s'agit essentiellement d'un appareil mobile équipé d'un télescope puissant et de détecteurs spéciaux qui détectent les photons codés envoyés à partir du satellite.
La liaison satellite quantique ultra-sécurisée entre la Chine et l'Afrique du Sud a été réalisée lors d'une seule passe du satellite sur la station de sol optique. Ce n'était pas seulement la liaison satellite quantique la plus longue mais aussi la plus sûre qui a été réalisée. La clé, les photons non perturbées, comprenait 1,07 million de bits (unités de données).
Pourquoi cela compte
Les méthodes de communication sécurisées traditionnelles reposent sur des algorithmes mathématiques et la difficulté de calcul de la résolution de certains problèmes, tels que le fait de prendre en compte de grands nombres. En revanche, la communication quantique tire sa sécurité des lois fondamentales de la physique. Ces lois incluent le théorème sans clonage. Il indique qu'il est impossible de faire une copie exacte d'un état quantique inconnu et que l'effet de l'observateur (perturbation de mesure) de la mesure d'un état quantique le modifie. Cela rend les écoutes détectables.
La distribution des touches quantiques permet à deux parties de partager des clés de chiffrement d'une manière qui détecte toute tentative d'écoute. Les clés sont codées à l'aide d'états quantiques, généralement des photons uniques et transmis à travers des fibres optiques ou des liaisons en espace libre. Alors que les systèmes à base de fibres souffrent d'une perte de signal sur de longues distances, les satellites offrent une solution prometteuse en opérant dans l'environnement à faible perte de la haute atmosphère et de l'espace.
La communication par satellite quantique est une étape vers la construction d'un Internet quantique mondial – un réseau interconnecté qui permet une communication sécurisée, un calcul quantique et une détection sur les continents.
Le succès de Jinan-1 ouvre la voie vers les réseaux de microsatellites quantiques, faisant de la communication mondiale sécurisée une possibilité réelle.
Aller de l'avant
Il existe des opportunités majeures pour l'industrie et les décideurs.
Pour les entreprises, en particulier dans des secteurs comme la finance, la défense et les soins de santé, ces liens permettent des systèmes de communication ultra-sécurisés qui résistent au piratage même à partir de futurs ordinateurs quantiques. Cela permet aux entreprises de protéger et de communiquer des données sensibles.
Pour les décideurs, il présente une chance de renforcer la sécurité nationale et de fixer des normes mondiales pour une utilisation responsable. De même, l'investissement dans la recherche et l'éducation pour construire une main-d'œuvre qualifiée.
Il encourage également la coopération internationale, car les pays travaillent ensemble pour créer un réseau de communication sécurisé.
Dans l'ensemble, les liaisons satellites quantiques pourraient remodeler la façon dont le monde communique, ce qui rend la confidentialité et la sécurité plus fiables que jamais.
