Des chercheurs au Canada ont franchi une étape importante vers la mise en place d'une communication quantique sécurisée via des satellites en mouvement, comme annoncé par le gouvernement canadien en avril 2017.

Leur étude, publié aujourd'hui dans la nouvelle revue Science et technologie quantiques , démontre les premières transmissions de distribution de clés quantiques d'un émetteur au sol à une charge utile quantique sur un avion en mouvement.

Pour s'assurer que les tests étaient une preuve de concept précieuse pour la mission satellite prévue, l'équipe de l'Institute for Quantum Computing (IQC) et du Département de physique et d'astronomie de l'Université de Waterloo, Ontario, ont conçu leur prototype de récepteur pour qu'il se compose de composants compatibles avec les restrictions de taille et d'environnement d'exploitation d'un microsatellite.

Auteur principal Christopher Pugh, a déclaré :« La distribution de clés quantiques (QKD) établit des clés cryptographiques entre deux parties distantes d'une manière cryptanalytiquement incassable. Les systèmes QKD basés au sol utilisent des liaisons en fibre optique, et sont limités à des distances de quelques centaines de kilomètres en raison des pertes d'absorption, qui s'aggravent de façon exponentielle à mesure que la distance augmente."

"Il a été démontré que les liaisons en espace libre fonctionnent au-dessus du sol avec des distances variables, à la fois dans les tests stationnaires et mobiles. Mais malgré les pertes dues aux effets géométriques s'échelonnant quadratiquement avec la distance, l'ajout de l'absorption atmosphérique et de la turbulence et la nécessité d'avoir une visibilité directe signifient que les transmissions terrestres en espace libre sont également limitées à quelques centaines de kilomètres. Le système basé sur des satellites étend la communication quantique à une échelle mondiale."

Pour tester leur système, l'équipe a utilisé l'avion Twin Otter du National Research Council pour effectuer 14 passages au-dessus de leur station d'émission au sol à des distances variables, réaliser une liaison de signal quantique pour sept passages, et une extraction de clé secrète pour six des sept passes réussies.

Chercheur principal, professeur Thomas Jennewein, a déclaré :« C'est une étape extrêmement importante qui a pris près de huit ans de préparation. Elle démontre enfin que notre technologie est viable.

"Nous avons réalisé des liaisons optiques à des vitesses angulaires similaires à celles des satellites en orbite basse, et pour certains passages de l'avion au-dessus de la station au sol, les liaisons ont été établies dans les 10 secondes suivant la transmission des données de position. Nous avons vu des temps de liaison de quelques minutes et reçu des taux d'erreur quantique sur les bits généralement compris entre trois et cinq pour cent, générer des clés sécurisées jusqu'à 868 Ko de longueur.

"Nous avons prouvé le concept, et nos résultats fournissent un modèle pour les futures missions satellitaires sur lesquelles s'appuyer, juste à temps pour l'annonce d'une mission de satellite quantique par le gouvernement canadien, " a déclaré Jennewein.