Les chercheurs ont développé un dispositif simple et stable pour générer les états quantiques nécessaires à la distribution des clés quantiques. L'appareil pourrait rendre plus pratique le développement d'un réseau de données mondial qui utilise cette méthode de cryptage très sécurisée pour tout protéger, des transactions par carte de crédit aux SMS.

De nouvelles techniques de cryptage sont nécessaires car des ordinateurs suffisamment puissants pour déchiffrer les codes de cryptage basés sur des algorithmes d'aujourd'hui seront probablement disponibles dans les dix ou vingt prochaines années. Plutôt que de se fier aux mathématiques, La distribution de clés quantiques utilise les propriétés quantiques de la lumière telles que la polarisation pour coder et envoyer une clé aléatoire nécessaire pour déchiffrer les données codées. La méthode est exceptionnellement sécurisée car toute intrusion de tiers est détectable.

Dans la revue Optical Society (OSA) Lettres d'optique , Des chercheurs de l'Université de Padoue en Italie rapportent que leur appareil entièrement en fibre peut changer la polarisation de la lumière plus d'un milliard de fois par seconde. L'appareil est également auto-compensateur, le rendant insensible à la température et aux autres changements environnementaux.

« La distribution de clés quantiques devrait avoir un impact profond sur la confidentialité et la sécurité des citoyens, " a déclaré Giuseppe Vallone, qui a dirigé cette recherche au sein du groupe de recherche QuantumFuture coordonné par le co-auteur Paolo Villoresi. "Notre schéma simplifie la distribution des clés quantiques pour les communications en espace libre, comme des satellites à la Terre ou entre des terminaux mobiles, ce qui est nécessaire pour réaliser un réseau quantique mondial."

Développer un réseau mondial

Parce que le cryptage quantique ne fonctionne pas bien sur les réseaux de fibre longue distance, il y a maintenant une poussée pour développer un réseau de communication quantique par satellite pour relier divers réseaux de cryptage quantique au sol à travers le monde.

Bien que diverses propriétés de la lumière puissent être utilisées pour créer des états quantiques pour le cryptage quantique, la polarisation est particulièrement bien adaptée aux liaisons en espace libre car elle n'est pas perturbée par l'atmosphère et le décodage au niveau du récepteur peut être effectué sans la tâche difficile de canaliser les données dans une fibre monomode.

"Notre objectif est de développer un schéma de cryptage quantique à utiliser entre un satellite et le sol, où les clés sont générées en orbite, " dit Vallone. " Cependant, les codeurs de polarisation d'aujourd'hui ne sont pas idéaux pour une utilisation dans l'espace car ils sont instables, cher et complexe. Ils peuvent même présenter des canaux secondaires qui compromettent la sécurité du protocole."

Encodage de polarisation rapide et stable

Le nouvel encodeur de polarisation, que les chercheurs appellent POGNAC pour POlarization SaGNAC, peut rapidement faire pivoter la polarisation de la lumière laser entrante grâce à un interféromètre Sagnac à boucle de fibre. Cette configuration divise la lumière en deux faisceaux dont les polarisations sont à angle droit l'une par rapport à l'autre. Les faisceaux traversent ensuite la boucle de fibre dans le sens horaire et antihoraire. Les composants actuels pourraient tenir dans un boîtier mesurant 15 X 5 x 5 centimètres, avec une miniaturisation supplémentaire possible si des composants plus petits étaient incorporés.

A l'intérieur de la boucle de fibre, les chercheurs ont utilisé un modulateur électro-optique disponible dans le commerce pour modifier la polarisation afin de créer les états quantiques nécessaires à la distribution des clés quantiques. Parce que les composants dans le sens horaire et antihoraire arrivent au modulateur à des moments différents, ils peuvent chacun être modulés indépendamment.

Les modulateurs utilisent une tension appliquée pour changer la phase optique. Cependant, la valeur absolue du déphasage dépend de nombreux paramètres qui changent avec le temps. « Au POGNAC, seul le décalage relatif entre les deux composantes de polarisation est pertinent - ce déphasage relatif correspond à un changement de polarisation de sortie - tandis que les décalages qui résultent des changements de température et d'autres facteurs sont auto-corrigés, " a déclaré Vallone. " Cela rend le POGNAC très stable et élimine les dérives de polarisation qui ont affecté d'autres appareils. "

Les chercheurs ont testé leur nouveau dispositif en mesurant la polarisation des états quantiques générés par le POGNAC et en les comparant aux valeurs attendues. Ils ont mesuré un taux d'erreur quantique intrinsèque sur les bits (QBER) aussi bas que 0,2 %, bien en deçà du QBER de 1 à 2% des systèmes de distribution de clés quantiques typiques.

"Nos résultats montrent que les données peuvent être encodées en utilisant la polarisation de la lumière de manière simple et efficace, " a déclaré Vallone. " Nous avons pu y parvenir en utilisant uniquement des composants disponibles dans le commerce. "

Les chercheurs continuent d'améliorer leur approche et prévoient d'effectuer d'autres tests pour voir comment le POGNAC se comporte lors de l'encodage des clés quantiques pour le cryptage.