Pour la deuxième année consécutive, une équipe des laboratoires nationaux d'Oak Ridge et de Los Alamos du ministère de l'Énergie a dirigé une démonstration organisée par EPB, une entreprise communautaire de services publics et de télécommunications desservant Chattanooga, Tennessee.

En utilisant une portion isolée du réseau de fibre optique d'EPB, l'équipe a expérimenté des technologies quantiques qui pourraient améliorer la cybersécurité, la longévité et l'efficacité du réseau électrique national. Entre autres succès, les chercheurs ont considérablement augmenté la gamme que ces ressources peuvent couvrir en collaboration avec leur nouveau partenaire industriel, Qubitekk.

L'équipe a testé la distribution de clés quantiques, ou QKD, des systèmes qui exploitent la puissance de la mécanique quantique pour authentifier les données et chiffrer les messages avec une « clé » secrète. En utilisant des méthodes de cryptage privées, la clé transmet en toute sécurité des informations « verrouillées » d'un système QKD à un autre via un « nœud de confiance » qui est pratiquement invulnérable aux cyberattaques.

"Cette technologie ne repose pas sur les lois mathématiques qui régissent la sécurité informatique moderne mais sur les lois physiques de la mécanique quantique qui ne changent pas avec le temps, " a déclaré Raymond Newell, qui dirige l'équipe des communications quantiques du LANL. "Par conséquent, nous pouvons donner des garanties de sécurité qui resteront vraies indéfiniment car elles ne reposent pas sur des hypothèses. »

L'année dernière, ORNL, LANL et EPB ont démontré que les systèmes QKD pouvaient fonctionner ensemble de manière transparente malgré des composants matériels et logiciels sous-jacents différents, une étape importante vers l'intégration de QKD dans le réseau, qui fournit de l'électricité aux bâtiments à travers les États-Unis, au niveau national. Ces systèmes pourraient aider à assurer la compatibilité des équipements de divers fournisseurs qui prennent en charge les propriétaires et les exploitants de services publics.

"Ayant démontré l'interopérabilité, nous pouvons maintenant montrer les avantages d'une gamme étendue qui couvre un territoire plus large et va simplement plus loin qu'il n'aurait été possible avec un seul système fonctionnant seul, " a déclaré Newell.

Lors de la manifestation de cette année, les chercheurs ont placé leurs systèmes et un nouveau système développé par Qubitekk, un développeur et fabricant QKD, dans les sous-stations électriques de Chattanooga. Ces sous-stations étaient connectées par la partie du réseau de fibre optique d'EPB réservée aux tests et servaient d'arrêts aux stands permettant à chaque système de transmettre une clé au système suivant.

De sévères limitations de distance empêchaient auparavant QKD de devenir un complément viable aux techniques de gestion de réseau existantes, mais ce test a prouvé que trois systèmes distincts peuvent compléter un relais réel de clés quantiques à travers la ville.

« Démontrer avec succès les performances de QKD dans un environnement réel permet d'établir la faisabilité de cette technologie pour protéger les infrastructures de distribution d'énergie critiques, " dit Nicholas Peters, la science de l'information quantique, ou QIS, chef de groupe à l'ORNL.

Stockage des systèmes QKD dans des sous-stations—boîtes entourées de bâtiments, appareils photo, clôtures et autres mesures de sécurité—fournissent une cyberprotection et une protection physique.

"QKD est unique car il peut détecter la présence de tout espion qui tente d'intercepter et de copier des informations, ", a déclaré Phil Evans, chef de l'équipe ORNL QIS Quantum Communications. "Ces interceptions apparaissent comme des erreurs et nous les rejetons avant qu'elles ne puissent divulguer des informations clés."

En plus d'étendre la distance physique sur laquelle ces systèmes peuvent communiquer, l'approche des nœuds de confiance profite également aux fournisseurs de services publics en permettant à des sous-stations supplémentaires d'exister sur le réseau quantique. Par conséquent, le centre de contrôle peut communiquer et émettre en toute sécurité des instructions critiques à toutes les sous-stations simultanément.

« Avec cette technologie, les services publics obtiennent une meilleure cybersécurité sans introduire de maux de tête administratifs. C'est une solution à définir et à oublier qui simplifie les opérations de cybersécurité pour les services publics, " dit Duncan Earl, président et directeur de la technologie de Qubitekk.

Les communications actuelles du réseau intelligent tirent parti des technologies classiques existantes, mais l'ajout de réseaux quantiques privés renforcerait la cybersécurité et améliorerait la durabilité des ressources cruciales. Bien que les appareils de tous les jours tels que les smartphones et les ordinateurs portables doivent généralement être remplacés toutes les quelques années lorsque le logiciel d'exploitation n'est plus pris en charge, échanger des sous-stations ou des générateurs qui seraient souvent peu pratiques et coûteux.

"En principe, Les systèmes QKD intégrés au réseau resteraient sécurisés pendant des décennies, égalant ou dépassant la durée de vie de l'infrastructure physique, " dit Peters.

Bien que la cybersécurité et la longévité soient importantes pour les performances de QKD, une meilleure efficacité opérationnelle est également essentielle. Par exemple, les parties du réseau qui soutiennent les sources d'énergie renouvelables telles que l'énergie solaire dépendent de la position en constante évolution du soleil et des nuages, et QKD pourrait aider à répartir la responsabilité dans d'autres parties du réseau pour compenser la fluctuation de la production tout en récoltant les fruits de l'énergie verte.

Avec l'un des réseaux intelligents les plus avancés du pays, EPB est devenu un pionnier de la recherche sur les grilles grâce à des partenariats de longue date et à de nouvelles démonstrations qui testent la technologie quantique à une ampleur sans précédent.

"Nous sommes fiers de notre partenariat avec le DOE, ORNL et LANL et qu'EPB pourrait héberger ce test de sécurité quantique sur le terrain pour cette simulation, " a déclaré Steve Morrison, Directeur de la sécurité de l'information d'EPB. "Ces démonstrations de réseaux intelligents nous aident à développer une technologie prometteuse pour aider à protéger le réseau électrique américain contre les cyberattaques."

Les chercheurs de l'ORNL et du LANL continuent de développer des technologies quantiques, dont certaines sont sous licence commerciale et certaines en sont aux premiers stades des tests, et les deux laboratoires prévoient de continuer à collaborer avec EPB.

"Nous avons trouvé qu'ils étaient un excellent partenaire, " a déclaré Evans. " Ils ont une mentalité très tournée vers l'avenir et ont construit un fantastique réseau de fibres optiques qui comprend le banc d'essai isolé de fibres noires qu'ils nous ont permis d'utiliser pour de nombreuses expériences. Nous n'aurions pas pu aller aussi loin sans les gens d'EPB."

Petit à petit, l'équipe espère déployer plus de ressources QKD dans le système de réseau national pour voir ces mêmes avancées à une échelle beaucoup plus grande.