Figure décrivant le dispositif expérimental des chercheurs. Crédit :Dai et al.
Des chercheurs de l'Université des sciences et technologies de Chine ont récemment introduit un nouveau protocole de transfert de temps quantique sécurisé (QSTT) basé sur satellite qui pourrait permettre des communications plus sécurisées entre différents satellites ou d'autres technologies dans l'espace. leur protocole, présenté dans un article publié dans Physique de la nature , est basé sur une distribution de clé quantique bidirectionnelle dans l'espace libre, une technique pour crypter les communications entre différents appareils.
"Notre idée principale était de réaliser un transfert de temps sécurisé quantique afin de résoudre les problèmes de sécurité dans le transfert pratique temps-fréquence, " Feihu Xu, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org.
La distribution de clés quantiques (QKD) est une technique permettant d'établir une communication sécurisée qui utilise des protocoles cryptographiques basés sur les lois de la mécanique quantique. Les protocoles de distribution de clés quantiques peuvent générer des clés de sécurité secrètes basées sur la physique quantique, permettant un transfert de données plus sécurisé entre différents appareils en repérant les attaquants qui tentent d'intercepter les communications.
Dans leur étude, Xu et ses collègues ont utilisé un principe similaire pour exploiter les signaux quantiques (c'est-à-dire, photons uniques) en tant que porteurs de ce que l'on appelle le transfert temporel. Le transfert de temps est essentiellement l'intervalle de temps dans lequel les données sont transférées d'un endroit, ou appareil, à un autre.
"Grâce au théorème quantique de non-clonage que nous avons utilisé, toute tentative d'interception du photon unique perturbera inévitablement l'état quantique, qui peut être vérifié par post-traitement, " dit Xu. "Cela nous a permis d'atteindre un schéma de transfert de temps à sécurité quantique."
Résultats de transfert de temps par satellite. Crédit :Dai et al.
Xu et ses collègues ont démontré leur protocole QSTT en l'appliquant au satellite quantique Micius. Le Micius, nommé d'après l'ancien philosophe chinois Micius Mozi, est le premier satellite au monde capable de communications quantiques, qui a été lancé dans l'espace à bord de la fusée Longue Marche-2-D en août 2016.
« Nous avons effectué une synchronisation horaire satellite-sol à l'aide de signaux à un seul photon et obtenu un taux d'erreur quantique sur les bits inférieur à 1 %, un débit temporel de 9 kHz et une précision de transfert temporel de 30 ps, " expliqua Xu.
Cette équipe de chercheurs est la première à démontrer un QSTT par satellite utilisant des photons uniques. Remarquablement, la précision temporelle atteinte par leur protocole proposé est comparable à celle de T2L2, une technique de pointe de transfert de temps appliquée sur le satellite Jason-2, qui est basé sur l'utilisation de fortes impulsions laser classiques.
Le nouveau schéma introduit par Xu et ses collègues pourrait finalement ouvrir la voie à des communications quantiques plus sécurisées entre le satellite et une variété d'autres appareils. En démontrant la faisabilité de réaliser un transfert de temps de haute précision par satellite avec des photons uniques, leurs travaux ouvrent également de nouvelles possibilités intéressantes pour de futures recherches.
"Nos travaux ouvrent de nouvelles perspectives pour le domaine de la physique afin d'exploiter la technologie quantique pour atteindre une plus grande sécurité et une plus grande précision pour le transfert temps-fréquence, synchronisation d'horloges et réseaux quantiques d'horloges, ", a déclaré Xu. "Nous prévoyons maintenant de construire un réseau quantique à l'échelle mondiale basé sur des satellites pour tester la physique fondamentale et fournir des applications pratiques, comme la distribution de clés secrètes, synchroniser les horloges et ainsi de suite."
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