Le boom de l’intelligence artificielle (IA) a créé une demande sans précédent en matière de trafic de données. Mais l’infrastructure nécessaire à son soutien est confrontée à des défis croissants. Les centres de données IA doivent fournir des communications plus rapides et plus fiables que jamais, tout en faisant face à leur consommation électrique croissante et à une menace imminente pour la sécurité quantique, qui pourrait un jour briser les méthodes de cryptage actuelles.
Pour relever ces défis, une étude récente publiée dans Photonique avancée propose une architecture sécurisée quantique qui implique une consommation minimale de traitement du signal numérique (DSP) et répond à toutes les exigences strictes des scénarios d'interconnexion optique de centre de données pilotés par l'IA (AI-DCI). Ce système permet aux données de se déplacer à des vitesses d'un térabit par seconde avec une faible consommation d'énergie tout en se défendant contre les futures menaces quantiques.
« Notre travail ouvre la voie à la prochaine génération d'interconnexions optiques sécurisées, évolutives et rentables, protégeant les centres de données basés sur l'IA contre les menaces de sécurité quantique tout en répondant aux exigences élevées des applications modernes basées sur les données », déclarent les chercheurs dans leur article.
Le système est construit autour de deux objectifs principaux : transmettre efficacement les données et assurer la sécurité et la fiabilité à long terme. Pour simplifier la transmission des données, il utilise une technique appelée transmission auto-homodyne cohérente (SHC), dans laquelle l'émetteur envoie un signal de référence avec les données. Cela permet au récepteur de décoder et de traiter plus facilement les signaux tout en conservant une sensibilité et une stabilité élevées. L'approche permet d'envoyer des données à plus de 1,6 térabits par seconde tout en maintenant la consommation d'énergie et les coûts à un faible niveau.
Pour des raisons de sécurité, le système intègre la distribution de clés quantiques (QKD), qui génère des clés de chiffrement secrètes en utilisant les principes de la mécanique quantique. Ces clés ne peuvent être interceptées ou copiées sans détection, ce qui permet de sécuriser les transmissions classiques avec un cryptage AES-256 amélioré par des clés générées quantiquement. Cela garantit une protection solide et à long terme, même contre les futurs ordinateurs quantiques.
Pour gérer à la fois les signaux classiques (données) et quantiques (QKD), le système utilise des fibres multicœurs, qui contiennent plusieurs canaux distincts au sein d'un seul brin. Cette conception permet à différents types de signaux de circuler côte à côte sans interférence, tout en restant entièrement compatible avec l'infrastructure de fibre optique actuelle.
Lors de tests en laboratoire utilisant une fibre à sept cœurs, les données classiques ont été transmises avec le système SHC, tandis que les signaux quantiques ont été sécurisés via QKD. Le système a atteint un débit de clé secrète moyen de 229 kilobits par seconde et a pris en charge la transmission de données cryptées à 400 gigabits par seconde sur chaque cœur de fibre.
Au cours d'un test continu de 24 heures sur 3,5 kilomètres de fibre, simulant des conditions réelles, le réseau a fonctionné à un débit agrégé de 2 térabits par seconde de données classiques tout en maintenant un SKR moyen de 205 kilobits par seconde. Cela a généré environ 583 clés de cryptage sécurisées chaque seconde. Au cours de l'essai, le système a consommé 1 440 clés de session et a réussi à chiffrer et déchiffrer 21,6 pétabits de données classiques en temps réel, sans erreur.
Cette nouvelle architecture de transmission de données répond non seulement aux exigences de vitesse des centres de données de nouvelle génération, mais garantit également une sécurité renforcée en combinant la photonique et la cryptographie quantique. Il surmonte les goulots d'étranglement des systèmes existants et fonctionne avec de très faibles pertes de transmission, ce qui le rend à la fois efficace et fiable.
« En harmonisant la photonique de pointe avec la cryptographie quantique, nous ouvrons la voie à des réseaux sécurisés, économes en énergie et à très haute capacité, capables de soutenir la croissance exponentielle des technologies basées sur les données », notent les chercheurs.
Les résultats suggèrent une direction prometteuse pour le développement de systèmes de transmission de données plus efficaces et plus sécurisés pour répondre aux demandes croissantes d’applications d’IA telles que les véhicules autonomes et les grands modèles de langage.
