Les chercheurs ont démontré un nouveau système QKD simple sur un réseau de fibre à Padoue, Italie. Une carte du centre-ville [©2021 Google] montre que l'émetteur était placé au Centre ICT de l'UniPD tandis que le récepteur était situé au Département de Mathématiques. L'émetteur et le récepteur étaient reliés par 3,4 km de fibres déployées. Crédit : Groupe QuantumFuture, Università degli Studi di Padova
Dans une nouvelle étude, les chercheurs démontrent un système automatisé, système de distribution de clés quantiques (QKD) facile à utiliser utilisant le réseau de fibres optiques de la ville de Padoue, Italie. Le test sur le terrain représente une étape importante vers la mise en œuvre de cette technologie de communication quantique hautement sécurisée en utilisant le type de réseaux de communication déjà en place dans de nombreuses régions du monde.
QKD offre un cryptage impénétrable pour la communication de données car il utilise les propriétés quantiques de la lumière pour générer des clés aléatoires sécurisées pour le cryptage et le décryptage des données.
"QKD peut être utile dans toutes les situations où la sécurité est primordiale car il offre une sécurité inconditionnelle pour le processus d'échange de clés, " a déclaré Marco Avesani de l'Università degli Studi di Padova en Italie, co-premier auteur de la nouvelle étude avec Luca Calderaro et Giulio Foletto. "Il peut être utilisé pour crypter et authentifier les données de santé envoyées entre les hôpitaux ou les transferts d'argent entre les banques, par exemple."
Dans la revue The Optical Society (OSA) Lettres d'optique , des chercheurs dirigés par Paolo Villoresi et Giuseppe Vallone rapportent que leur système simple est stable dans le temps et peut générer des clés cryptographiques à sécurité quantique à des taux soutenus sur une infrastructure de télécommunications standard.
"Les systèmes QKD nécessitent généralement un système de stabilisation complexe et un matériel de synchronisation dédié supplémentaire, " a déclaré Avesani. " Nous avons développé un système QKD complet qui peut être directement interfacé avec des équipements de télécommunications standard et ne nécessite pas de matériel supplémentaire pour la synchronisation. Le système s'intègre facilement dans les boîtiers rack que l'on trouve couramment dans les salles de serveurs."
L'ensemble de l'émetteur du nouveau système QKD tient dans un boîtier rack 19 pouces, que l'on trouve couramment dans les salles de serveurs. Crédit :Luca Calderaro, Università degli Studi di Padova
Concevoir un système facile à utiliser
Pour produire les états quantiques requis par QKD, les chercheurs ont développé un nouvel encodeur pour manipuler la polarisation des photons uniques. L'encodeur, que les chercheurs appellent iPOGNAC, fournit une référence de polarisation fixe et stable qui ne nécessite pas de réétalonnage fréquent. Cette caractéristique est également avantageuse pour la communication quantique en espace libre et par satellite, où les recalibrages sont difficiles à effectuer.
« En raison de la technologie que nous avons développée, la source était prête à produire des états quantiques lorsque nous avons déplacé notre système du laboratoire vers le lieu de l'essai sur le terrain, " a déclaré Calderaro. "Nous n'avons pas eu à effectuer le lent, et souvent sujet à l'échec, procédure d'alignement requise pour la plupart des systèmes QKD."
Les chercheurs ont également développé un nouvel algorithme de synchronisation, qu'ils appellent
Qubit4Sync, pour synchroniser les machines des deux utilisateurs QKD. Plutôt que d'utiliser du matériel supplémentaire dédié et un canal de fréquence supplémentaire pour la synchronisation, le nouveau système utilise un logiciel et les mêmes signaux optiques utilisés pour QKD. Cela rend le système plus petit, moins cher, et plus facile à intégrer dans un réseau optique existant.
Pour tester le nouveau système, les chercheurs ont amené leurs deux terminaux QKD dans deux bâtiments universitaires distants d'environ 3,4 km dans différentes sections de Padoue. Ils ont connecté les systèmes à deux fibres optiques souterraines qui font partie du réseau de communication de l'université. Ces fibres supportaient le canal quantique transportant les qubits et le canal classique nécessaire au transfert des informations auxiliaires.
Un appel vidéo sécurisé quantique
"L'essai sur le terrain a été un succès, " a déclaré Foletto. "Nous avons montré que notre système simple peut produire des clés secrètes à des vitesses de quelques kilobits par seconde et qu'il fonctionne en dehors du laboratoire avec peu d'intervention humaine. C'était aussi facile et rapide à installer."
Lors d'une manifestation publique, les chercheurs ont utilisé leur configuration pour permettre un appel vidéo sécurisé quantique entre le recteur de l'Université de Padoue et le directeur du département de mathématiques. Les chercheurs notent que les performances du système sont comparables à celles d'autres systèmes QKD commerciaux en termes de taux de génération de clés secrètes, tout en ayant moins de composants et en étant plus facile à intégrer dans un réseau fibre existant.
Ils s'efforcent de réduire la taille de l'appareil de détection et de rendre le système plus robuste au bruit provenant d'autres lumières voyageant dans la même fibre. L'effort pour développer un système QKD complet et autonome a conduit à la création d'une entreprise dérivée appelée ThinkQuantum s.r.l, qui travaille à la commercialisation de cette technologie.
