Quantum Breakthrough Heralds Nouvelle Génération de Messagerie Parfaitement Sécurisée

Dans les années 1980, les physiciens quantiques ont découvert que les règles étranges de la mécanique quantique permettaient de transmettre des informations d'une partie de l'univers à une autre en toute confidentialité. Cette cryptographie dite quantique serait parfaite, disaient-ils, car la sécurité du message serait garantie par les lois de la physique elles-mêmes.

En quelques années, des chercheurs ont démontré la technique en laboratoire, et aujourd'hui la cryptographie quantique devient commercialement viable grâce à des entreprises comme ID Quantique à Genève, en Suisse.

Mais l'ensemble du mécanisme est un peu contre-intuitif. Le message privé n'est pas du tout envoyé à l'aide de la mécanique quantique. Au lieu de cela, les physiciens utilisent des processus quantiques pour envoyer un code appelé tampon à usage unique qui est utilisé pour chiffrer le message d'origine. Le message crypté est ensuite envoyé sur un canal de télécommunication ordinaire et décodé de la manière habituelle. La technique est appelée distribution de clé quantique.

Alice et Bob peuvent échanger des messages parfaitement sécurisés grâce à la nouvelle technique quantique.

Les informaticiens savent qu'un message encodé à l'aide d'un tampon à usage unique ne peut pas être brisé. La sécurité vient donc de la possibilité d'envoyer le pad unique avec une confidentialité parfaite, ce que cette approche garantit.

Et cela soulève une question intéressante. S'il est possible d'envoyer le tampon unique en toute sécurité à l'aide de la mécanique quantique, pourquoi ne pas simplement envoyer le message d'origine de cette façon ?

Aujourd'hui, Wei Zhang de l'Université Tsinghua à Pékin et quelques copains disent qu'ils ont fait exactement cela. Le nouveau processus est appelé communication directe sécurisée quantique, et l'équipe chinoise l'a utilisé pour la première fois sur 500 mètres de câble à fibre optique.

La raison pour laquelle les physiciens se sont appuyés sur des tampons à usage unique dans le passé est simple. La question est de savoir si un message a été entendu. Les physiciens peuvent vérifier cela car les particules quantiques ne peuvent pas être mesurées sans détruire l'information qu'elles contiennent.

Ainsi, lorsque des photons sont transmis, s'ils arrivent dans le même état qu'ils ont été envoyés, un indiscret ne peut pas avoir extrait les informations qu'ils contiennent. Mais s'ils arrivent dans un état différent, c'est une preuve évidente que l'information s'est infiltrée dans l'environnement et que le message n'est pas sécurisé.

(En pratique, les physiciens peuvent être sûrs qu'un message est sécurisé tant que cette fuite est inférieure à un certain seuil critique.)

Le problème est que la fuite ne devient apparente qu'après qu'elle s'est produite. Ainsi, un espion aurait déjà l'information au moment où les physiciens découvriraient la ruse.

C'est pourquoi ils utilisent ce processus pour envoyer un tampon unique, un ensemble de nombres aléatoires qui peuvent être utilisés pour chiffrer un message. Si le pad unique est entendu, les physiciens l'ignorent simplement et en envoient un autre, jusqu'à ce qu'ils puissent être sûrs que le processus était complètement privé.

Mais les physiciens aimeraient beaucoup se débarrasser du tampon à usage unique s'ils pouvaient trouver un moyen d'assurer le secret d'un message avant qu'il ne soit envoyé. Et il y a quelques années, des théoriciens ont trouvé un moyen de le faire.

La méthode exploite le phénomène quantique de l'intrication. Cela se produit lorsque les particules quantiques sont si étroitement liées qu'elles partagent la même existence, par exemple lorsqu'elles sont toutes deux créées au même moment et au même endroit.

Lorsque cela se produit, les particules restent liées, même lorsqu'elles sont séparées par de grandes distances. Et une mesure sur une particule influence immédiatement l'état de l'autre.

L'astuce consiste donc à créer un ensemble de particules intriquées, telles que des photons, et à coder les informations dans leur état de polarisation. Ainsi, la polarisation verticale pourrait représenter un un et polarisation horizontale a 0 , par exemple.

L'expéditeur, Alice, garde une moitié de chaque paire et envoie les autres à Bob, qui a alors un ensemble de photons qui sont intriqués avec les photons d'Alice.

Bob sépare ses photons au hasard en deux groupes. Il mesure les polarisations d'un ensemble et renvoie les résultats à Alice. Elle vérifie ensuite si les états ont changé pendant la transmission - en d'autres termes, si Eve a écouté.

Sinon, Alice et Bob savent qu'Eve n'a pas non plus vu les autres photons, car ils ont été séparés au hasard. Et cela signifie qu'Alice et Bob peuvent utiliser les photons restants pour transmettre des données en utilisant le processus normal de communication quantique, qui est parfaitement privé.

Et c'est exactement ce que Zhang et co ont fait. L'une des raisons pour lesquelles l'expérience est difficile est que les photons doivent être stockés pendant que ce processus de vérification est en cours. Zhang et co le font en envoyant les photons autour d'une boucle de fibre optique de deux kilomètres et en effectuant les vérifications le plus rapidement possible. Plus cela prend de temps, plus les photons sont susceptibles d'être absorbés ou diffusés par la fibre optique.

Les résultats montrent clairement le potentiel de la technique. Ce système QSDC basé sur fibre a le potentiel de réaliser un taux de transmission proche des taux de clé de sécurité des systèmes de distribution de clés quantiques commerciaux actuels, déclarent Zhang et co. L'avantage [est] que le système QSDC pourrait transmettre non seulement des clés sécurisées, mais aussi les informations directement.

Bien sûr, diverses améliorations sont nécessaires pour rendre ce type de système commercialement viable. Mais le travail est un tremplin important vers une communication sécurisée entièrement basée sur le quantum. Les banques, les gouvernements et les agences militaires surveilleront avec impatience.

Réf : arxiv.org/abs/1710.07951 : Communication directe expérimentale sécurisée quantique longue distance

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