Des chercheurs espagnols ont développé un réseau de cryptographie quantique intégré dans un réseau optique commercial grâce à des technologies basées sur un réseau défini par logiciel (SDN), permettant la mise en œuvre de services de réseaux quantiques et classiques de manière flexible, manière dynamique et évolutive.

Le réseau utilise une infrastructure de fibre fournie par Telefonica Espagne qui relie trois installations situées dans la zone métropolitaine de Madrid. Le procès est en cours depuis mai dernier, et un rapport préliminaire a été récemment présenté à QCRYPT2018, la plus grande conférence dans le domaine.

Le réseau intègre des dispositifs de distribution de clés quantiques (QKD) développés par le Huawei Research Lab à Munich. L'intégration de l'ensemble des éléments technologiques a permis de démontrer que les techniques QKD peuvent être appliquées dans un environnement de production réel, combinant la transmission de données et de clés quantiques sur une même fibre.

La gestion des canaux quantiques et classiques se fait de manière intégrée grâce aux techniques SDN, partager le réseau optique de manière optimale. Le fait qu'elle ait été développée sur une infrastructure existante utilisant des systèmes de communication standards met en évidence la maturité de cette technologie, qui permet de basculer entre des liens reliant des points pouvant être distants de jusqu'à 60 kilomètres.

Vingt canaux peuvent partager la même fibre dans la même bande optique qui utilise le canal quantique, permettant la transmission simultanée de signaux quantiques avec plus de deux téraoctets par seconde de données dans les réseaux métropolitains lors de l'utilisation de modules standard de 100 gigaoctets par seconde.

Une solution quantique de sécurité avancée

Les communications sécurisées sont basées sur la cryptographie, dans lequel les informations sont cryptées à l'aide d'une clé secrète. Seuls les utilisateurs connaissant la clé de déchiffrement peuvent accéder aux messages secrets. Les techniques cryptographiques actuellement utilisées pour échanger des clés ou signer électroniquement des documents reposent sur des problèmes mathématiques dont la résolution nécessite un temps excessif, interdisant les intrusions. Cependant, à mesure que la capacité de calcul augmente, le temps de solution est réduit, ainsi que la sécurité de ces méthodes.

Pour éviter ce problème, la taille des clés a dû augmenter au fur et à mesure que la capacité de calcul augmentait. Ces techniques pourraient devenir complètement obsolètes avec l'émergence d'ordinateurs quantiques capables de résoudre des problèmes actuellement insolubles en utilisant les principes de la mécanique quantique. Il s'agit notamment de casser les clés générées par les méthodes cryptographiques les plus utilisées, rendant la majorité de l'infrastructure de sécurité des communications inutile.

Néanmoins, les technologies quantiques offrent une solution à la vulnérabilité des méthodes actuelles. Avec ces technologies, il est possible d'appliquer des principes quantiques pour générer une clé secrète via un canal de communication public, afin que la clé soit sécurisée contre toute attaque, dont un provenant d'un ordinateur quantique. La technologie quantique permet même de détecter immédiatement toute tentative d'attaque.

Technologies quantiques

La distribution de clés quantiques est l'une de ces technologies. Non seulement cela résout le problème de la menace posée par le calcul quantique aux algorithmes de génération de clés cryptographiques déjà utilisés, il peut également fournir un niveau de sécurité beaucoup plus élevé. QKD nécessite une infrastructure physique de fibres optiques, tel que celui fourni par Telefónica Espagne utilisé pour connecter les centres de communication dans le programme pilote.

Jusqu'à maintenant, la viabilité de QKD a été démontrée en laboratoire et dans des essais contrôlés sur le terrain, mais il y a toujours eu des problèmes avec la capacité de le déployer sur une infrastructure commerciale et de l'intégrer aux mécanismes de fonctionnement d'une telle infrastructure. Cette expérience démontre qu'il est possible de surmonter ces obstacles.

Dans le réseau, une nouvelle technologie quantique a également été utilisée pour la distribution de clés quantiques basées sur des « variables continues » QKD (CV-QKD) qui est plus compatible avec les technologies classiques que celles existantes. La combinaison de ces technologies a permis un réseau intégré complet de communications classiques et quantiques.

Le déploiement sur une infrastructure de communication existante et l'utilisation de systèmes de télécommunications standard qui ont été réalisés dans cet essai est le premier du genre, démontrant la capacité de cette technologie pour une utilisation dans le monde réel.