Le Cambridge Research Laboratory de Toshiba Europe a annoncé aujourd'hui la première démonstration de communication quantique sur des fibres optiques de plus de 600 km de long. La percée permettra à longue distance, transfert d'informations sécurisé quantique entre les zones métropolitaines, et constitue une avancée majeure vers la construction du futur Internet quantique.

Le terme Internet quantique décrit un réseau mondial d'ordinateurs quantiques connectés par des liaisons de communication quantique longue distance. Il devrait permettre la résolution ultrarapide de problèmes d'optimisation complexes dans le cloud, un système de chronométrage mondial plus précis et des communications hautement sécurisées dans le monde entier. Plusieurs grandes initiatives gouvernementales pour construire un Internet quantique ont été annoncées, par exemple, aux Etats-Unis., UE. et la Chine.

L'un des défis technologiques les plus difficiles dans la construction de l'internet quantique, est le problème de la transmission des bits quantiques sur de longues fibres optiques. De petits changements dans les conditions ambiantes, comme les fluctuations de température, provoquer l'expansion et la contraction des fibres, brouillant ainsi les fragiles qubits, qui sont codés comme un retard de phase d'une faible impulsion optique dans la fibre.

Maintenant, Toshiba a démontré des distances record pour les communications quantiques en introduisant une nouvelle technique de stabilisation « double bande ». Celui-ci envoie deux signaux optiques de référence à des longueurs d'onde différentes pour minimiser les fluctuations de phase sur les fibres longues. La première longueur d'onde est utilisée pour annuler les fluctuations rapidement variables, tandis que la deuxième longueur d'onde, à la même longueur d'onde que les qubits optiques, est utilisé pour le réglage fin de la phase. Après avoir déployé ces nouvelles techniques, Toshiba a découvert qu'il est possible de maintenir la phase optique d'un signal quantique constante à une fraction de longueur d'onde près, avec une précision de 10s de nanomètres, même après propagation sur des centaines de kilomètres de fibre. Sans annuler ces fluctuations en temps réel, la fibre se dilaterait et se contracterait avec les changements de température, brouiller les informations quantiques.

La première application pour la stabilisation double bande sera pour la distribution de clés quantiques longue distance (QKD). Les systèmes QKD commerciaux sont limités à environ 100-200 km de fibre. En 2018, Toshiba a proposé le protocole Twin Field QKD comme moyen d'étendre la distance, et testé sa résilience à la perte optique en utilisant des fibres courtes et des atténuateurs. En introduisant la technique de stabilisation à double bande, Toshiba a maintenant mis en œuvre Twin Field QKD sur de longues fibres et a démontré QKD sur 600 km, pour la première fois.

"C'est un résultat très excitant, " commente Mirko Pittaluga, premier auteur de l'article décrivant les résultats. "Avec les nouvelles techniques que nous avons développées, d'autres extensions de la distance de communication pour QKD sont toujours possibles et nos solutions peuvent également être appliquées à d'autres protocoles et applications de communication quantique. »

Andrew Boucliers, responsable de la division Quantum Technology de Toshiba Europe, dit, "QKD a été utilisé pour sécuriser les réseaux métropolitains ces dernières années. Cette dernière avancée étend la portée maximale d'un lien quantique, afin qu'il soit possible de connecter des villes à travers les pays et les continents, sans utiliser de nœuds intermédiaires de confiance. Mis en œuvre avec Satellite QKD, cela nous permettra de construire un réseau mondial pour les communications quantiques sécurisées."

Taro Shimada, le vice-président directeur de l'entreprise et directeur numérique de Toshiba Corporation reflète, "Avec ce succès dans la technologie quantique, Toshiba est prêt à développer encore plus rapidement son activité quantique. Notre vision est une plate-forme pour les services de technologie de l'information quantique, qui permettra non seulement une communication sécurisée à l'échelle mondiale, mais aussi des technologies transformationnelles telles que l'informatique quantique basée sur le cloud et la détection quantique distribuée."

Les détails de l'avancement sont publiés aujourd'hui dans la revue scientifique, Photonique de la nature . Le travail a été partiellement financé par l'UE à travers le projet H2020, OpenQKD. L'équipe élabore actuellement les solutions proposées pour simplifier leur adoption et leur déploiement futurs.

Ce dernier développement fait suite à l'annonce l'année dernière que BT et Toshiba avaient installé le premier réseau industriel quantique sécurisé du Royaume-Uni. Transmettre des données entre le National Composites Center (NCC) et le Center for Modeling &Simulation (CFMS), La compatibilité de multiplexage de Toshiba permet de transmettre les données et les clés quantiques sur la même fibre, éliminant le besoin d'une infrastructure dédiée coûteuse pour la distribution des clés. L'arrivée combinée de QKD multiplexés utilisant l'infrastructure existante pour des distances plus courtes, aux côtés de Twin Field QKD pour les plus longues distances, ouvre la voie à un réseau mondial à sécurité quantique commercialement viable.

QKD permet aux utilisateurs d'échanger en toute sécurité des informations confidentielles (telles que des relevés bancaires, carnet de santé, appels privés) sur un canal de communication non fiable (comme Internet). Il le fait en distribuant aux utilisateurs visés une clé secrète commune qui peut être utilisée pour crypter, et ainsi protéger, les informations échangées sur le canal de communication. La sécurité de la clé secrète repose sur les propriétés fondamentales des systèmes quantiques individuels (photons, les particules de lumière) qui sont codées et transmises pour la génération de clés. Dans le cas où ces photons seraient interceptés par un utilisateur non désigné, la physique quantique garantit que les utilisateurs visés peuvent percevoir l'écoute, et par conséquent protéger la communication.

Contrairement aux autres solutions de sécurité existantes, la sécurité de la cryptographie quantique découle directement des lois de la physique que nous utilisons pour décrire le monde qui nous entoure, et pour cette raison, il est à l'abri de toute avancée future en mathématiques et en informatique (y compris l'avènement des ordinateurs quantiques). À la lumière de cela, QKD devrait devenir un outil essentiel pour protéger les communications critiques pour les entreprises et les gouvernements.