Une équipe de chercheurs des laboratoires nationaux d'Oak Ridge et de Los Alamos du ministère de l'Énergie s'est associée à EPB, une entreprise de services publics et de télécommunications de Chattanooga, démontrer l'efficacité de la distribution de clés quantiques à l'échelle métropolitaine (QKD) comme moyen de communication sécurisé pour les fournisseurs d'électricité du pays. Cette étape initiale fait partie du projet de trois ans de l'équipe axé sur la sécurité du réseau de nouvelle génération.

QKD exploite le caractère aléatoire inhérent à la mécanique quantique pour authentifier et chiffrer les données. La technologie permet à deux parties de partager une "clé" secrète et alerte les deux parties de toute intrusion de tiers, une capacité de sécurité critique à mesure qu'une plus grande partie du réseau du pays est modernisée et que les données sont transférées en ligne.

Le but de cette première démonstration, dirigé par Nick Peters et Phil Evans de l'ORNL, Ray Newell et Glen Peterson de Los Alamos, et Tyler Morgan d'EPB, Ken Jones, et Steve Morrison, était de prouver l'interopérabilité de systèmes QKD disparates. Le scientifique principal de l'ORNL, Peters, a déclaré qu'étant donné que les services publics sont en grande partie régionaux, les fournisseurs utilisent un mélange de composants et ont des calendriers de mise à niveau fluctuants. Veiller à ce que les différents fournisseurs de services publics puissent fonctionner de manière synchronisée sur le réseau électrique du pays est essentiel pour réaliser le potentiel de QKD à l'échelle nationale.

Pour préparer la manifestation, les chercheurs de l'ORNL ont modifié un système commercial QKD tandis que Los Alamos développait en interne son propre système personnalisé; les deux systèmes ont généré des clés distinctes qui, lorsqu'il est interfacé à un "nœud de confiance, " ou échange d'informations sécurisé, généré une troisième clé, qui a ensuite été réparti entre les systèmes Los Alamos et ORNL.

« Cette démonstration a accompli deux choses :elle a montré que différents systèmes peuvent fonctionner ensemble et elle a établi la fonctionnalité nécessaire pour relayer les clés sur de plus grandes distances souvent rencontrées sur le réseau électrique, " dit Peters, chef de l'équipe des communications quantiques de l'ORNL.

Ajout de Ray Newell, Chercheur scientifique de Los Alamos et chef de son équipe de communications quantiques :« Des démonstrations récentes à Los Alamos ont montré que les systèmes QKD peuvent fonctionner sur une infrastructure électrique existante dans des conditions réelles, y compris lors d'une chute de neige historique. Notre partenariat avec ORNL et EPB montre que les services publics peuvent tirer parti des avantages de la sécurité quantique en utilisant un mélange de systèmes de communication distincts mais interopérables. »

L'ORNL et Los Alamos ont consacré de nombreuses années au développement de systèmes de communications quantiques, et plusieurs technologies développées par les laboratoires sont actuellement concédées sous licence à l'industrie.

La démonstration a eu lieu à l'EPB, lequel, selon Evans de l'ORNL, est un partenaire idéal car le service public a déployé un réseau de fibre optique de concert avec son infrastructure de distribution électrique. Par ailleurs, « ils sont engagés avec nous sur plusieurs projets visant à faciliter les technologies de nouvelle génération pour sécuriser l'infrastructure de notre pays, " il ajouta.

"Pour l'EPB, le partenariat avec Oak Ridge et Los Alamos National Laboratories est une opportunité de tester sur le terrain de nouvelles technologies et les meilleures pratiques pour aider à maintenir la sécurité et la fiabilité du réseau électrique pour tout le monde en Amérique, " a déclaré Steve Morrison, Directeur de la sécurité de l'information de l'EPB. "Nous sommes honorés de faire notre part pour aider à la progression de cet effort important."

Malgré le succès de la démo, cependant, il y a encore du boulot. Prochain, les chercheurs travailleront à surmonter les limitations de distance notoires de QKD.

Tout comme la résistance électrique réduit la quantité d'électricité transmise à mesure que la distance augmente sur les lignes électriques traditionnelles, l'augmentation de la distance des transmissions par fibre optique réduit le débit des communications quantiques. Pour le réseau électrique national, il est essentiel d'augmenter les distances sur lesquelles ces systèmes QKD peuvent être utilisés efficacement, et pour cela les chercheurs s'appuieront à nouveau sur des nœuds de confiance, en l'occurrence les sous-stations électriques d'EPB.

L'objectif à terme est de mettre en œuvre des systèmes QKD dans de nombreuses sous-stations, qui sont placés à intervalles et sont capables de relayer les clés quantiques. Evans de l'ORNL l'a comparé à une course de relais, dans lequel un coureur passe le relais à un autre, avec chaque coureur portant le témoin pendant un certain intervalle. En passant le relais à chaque poste avant que le signal ne soit perdu, le signal est rafraîchi pour le prochain voyage et ainsi de suite, potentiellement élargir considérablement la gamme de la technologie QKD.