Un satellite chinois utilise la cryptographie quantique pour une visioconférence sécurisée entre les continents

La cryptographie quantique permet une communication dont la sécurité est garantie grâce aux lois de la physique. Et cela devient de plus en plus important.

Les physiciens savent depuis longtemps que les ordinateurs quantiques seront capables de casser presque tous les autres types de cryptographie. Étant donné que ces appareils deviennent de plus en plus performants, l'écriture est sur le mur pour le cryptage conventionnel. Ainsi, les entreprises commerciales, les gouvernements et les militaires attendent tous avec impatience que des systèmes de cryptographie quantique pratiques soient développés.

Mais il y a un problème. La cryptographie quantique repose sur des photons individuels pour transporter des informations quantiques. Mais même les meilleures fibres optiques ne peuvent transporter ces photons qu'à une distance d'environ 200 kilomètres avant que l'absorption de la lumière ne rende le processus impossible. Ainsi, la cryptographie quantique n'a jamais fonctionné sur des distances beaucoup plus longues.

Aujourd'hui, cela change, grâce à un satellite chinois extraordinaire lancé en 2016. Le satellite Micius a franchi un certain nombre de jalons au cours de l'année environ depuis sa mise en service. L'été dernier, il a téléporté le premier objet de la Terre en orbite - un photon unique.

Aujourd'hui, le satellite a mis en place le premier service de cryptographie quantique intercontinental. Des chercheurs ont testé le système en mettant en place une visioconférence sécurisée entre l'Europe et la Chine. Pour la première fois, la sécurité de cette visioconférence était garantie par les lois de la physique.

La méthode est simple. La cryptographie quantique repose sur ce qu'on appelle un pad unique pour garantir la confidentialité. Il s'agit d'un ensemble de nombres aléatoires - une clé - qui peut être utilisé par deux parties pour coder et décoder un message.

Traditionnellement, le problème avec les pads à usage unique est de s'assurer que seuls l'émetteur et le récepteur en disposent. Comment les deux parties peuvent-elles être sûres qu'aucune personne indiscrète n'a copié la clé pendant qu'elle est distribuée ?

Ce problème est parfaitement résolu en envoyant la clé à l'aide de particules quantiques telles que des photons, car il est toujours possible de dire si une particule quantique a déjà été observée. Si c'est le cas, la clé est abandonnée et une autre envoyée jusqu'à ce que les deux parties soient sûres qu'elles sont en possession d'un tampon à usage unique non observé.

C'est la distribution quantique des clés, le processus crucial au cœur de la cryptographie quantique. Une fois que les deux parties ont la clé - le pad à usage unique - elles peuvent communiquer sur des canaux classiques ordinaires avec une sécurité parfaite.

Le satellite Micius distribue simplement cette clé depuis l'orbite. Parce qu'il est sur une orbite héliosynchrone au-dessus des pôles, le satellite passe au-dessus de chaque partie de la surface de la Terre à peu près à la même heure locale chaque jour.

Ainsi, lorsque le satellite se trouve au-dessus de la station terrestre chinoise de Xinglong, dans la province du Hebei, dans le nord de la Chine, il envoie le pad unique au sol, codé en photons uniques à l'aide d'un protocole bien établi. Alors que la Terre tourne sous le satellite et que la station au sol de Graz en Autriche apparaît, Micius envoie le même pad unique au récepteur là-bas.

Les deux emplacements possèdent alors tous deux la même clé qui leur permet d'initier une communication totalement sécurisée sur une liaison classique.

Cependant, l'expérience va encore plus loin. L'objectif était de mettre en place une vidéoconférence entre l'Académie chinoise des sciences de Pékin et l'Académie autrichienne des sciences de Vienne, afin que la clé soit distribuée en toute sécurité à ces deux endroits. Et pour cela, les équipes utilisent la communication quantique au sol sur fibres optiques.

Enfin, ils ont mis en place une liaison vidéo sécurisée par l'Advanced Encryption Standard (AES) qui est rafraîchie toutes les secondes par des seed codes de 128 bits. En septembre, ils ont organisé une vidéoconférence pionnière qui a duré 75 minutes avec une transmission totale de données d'environ deux gigaoctets.

Nous avons démontré la communication quantique intercontinentale entre plusieurs endroits sur Terre avec une séparation maximale de 7 600 kilomètres, disent les équipes, qui sont dirigées par Anton Zeilinger à l'Université de Vienne et par Jian-Wei Pan à l'Université des sciences et technologies de Chine en Hefei, Chine.

Il y a quelques faiblesses potentielles dans le système sur lesquelles travailler pour l'avenir. Le plus important est peut-être que le satellite est considéré comme sûr pendant le temps qu'il faut pour connecter les deux stations au sol. C'est peut-être vrai – qui pourrait pirater un satellite en orbite ? – mais cette sécurité n'est pas garantie par les lois de la physique. Cependant, les équipes disent que cela peut être résolu dans les futures conceptions avec un relais quantique de bout en bout.

Quelles que soient les lacunes, c'est un travail impressionnant. Il s'agit d'une démonstration de preuve de principe de communication sécurisée à l'échelle mondiale. Selon Zeilinger, Jian-Wei et leurs collègues, nos travaux pointent vers une solution efficace pour un réseau quantique mondial ultra-longue distance, jetant les bases d'un futur Internet quantique.

De nombreux gouvernements, opérateurs militaires et entreprises commerciales souhaitent une capacité similaire. Il ne faudra donc pas longtemps avant que des versions commerciales du satellite Micius ne vendent ce type de communication sécurisée dans le monde entier. Avec la Chine en tête.

Réf : arxiv.org/abs/1801.04418 : Réseau quantique intercontinental relayé par satellite

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