Configuration expérimentale pour la communication privée basée sur la synchronisation du chaos QCLs. Crédit :Spitz et al.
Communication optique en espace libre, la communication entre deux appareils à distance utilisant la lumière pour véhiculer des informations, est un système très prometteur pour réaliser une communication à grande vitesse. Ce système de communication est connu pour être immunisé contre les interférences électromagnétiques (EMI), une perturbation générée par des sources externes qui affecte les circuits électriques et peut perturber les signaux radio.
Alors que certaines études ont mis en évidence les avantages possibles de la communication optique en espace libre, ce système de communication s'est jusqu'à présent imposé avec certaines limitations. Notamment, il est connu pour offrir une sécurité limitée contre les écoutes indiscrètes. Chercheurs à Télécom Paris (membre de l'Institut Polytechnique de Paris), mirSense, La Technische Universität Darmstadt et l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA) ont récemment introduit un système unique pour une communication optique en espace libre plus sécurisée basée sur une technologie connue sous le nom de laser à cascade quantique, un type spécifique de laser à semi-conducteur qui émet généralement une lumière infrarouge moyenne.
"L'idée centrale derrière notre recherche est que la communication privée en espace libre avec distribution de clés quantiques (c'est-à-dire, basée sur les propriétés de la physique quantique) est prometteuse, mais c'est probablement dans des années, ou même plus loin, " Olivier Spitz, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, a déclaré TechXplore. "Actuellement, les principales limites de cette technologie sont les exigences des systèmes cryogéniques, des débits de données très lents et des équipements coûteux."
Dans leur papier, présenté dans Communication Nature , Spitz et ses collègues proposent une alternative aux systèmes proposés précédemment pour réaliser une communication privée en espace libre, qui mettent en œuvre un protocole cryptographique basé sur les lois de la mécanique quantique. Le nouveau système qu'ils ont conçu est basé sur l'utilisation de deux lasers à cascade quantique couplés unidirectionnellement.
L'approche des chercheurs combine ce que l'on appelle la synchronisation du chaos avec la longueur d'onde de l'infrarouge moyen de la technologie laser à cascade quantique. La synchronisation du chaos est une propriété spécifique qui a été examinée dans le contexte des lasers à semi-conducteurs pendant des décennies.
Image au microscope d'une crête QCL. La crête dorée centrale mesure 3 mm de long et est câblée avec 11 fils dorés pour la polarisation électrique. Crédit :Spitz et al.
"La synchronisation du chaos est la clé de la communication privée, tandis que la longueur d'onde de l'infrarouge moyen signifie que l'atténuation de l'atmosphère est faible par rapport à la longueur d'onde du proche infrarouge, où émettent la plupart des lasers à semi-conducteurs, " a expliqué Spitz. " On peut ainsi envisager une transmission avec une très longue portée et avec une immunité aux conditions atmosphériques. De plus, la longueur d'onde de l'infrarouge moyen implique la furtivité, car le rayonnement de fond est dans le même domaine de longueur d'onde."
La longueur d'onde de l'infrarouge moyen des lasers à cascade quantique rend encore plus difficile pour un espion potentiel de déchiffrer les informations échangées à l'aide du système des chercheurs. Cela signifie que la sécurité des communications est encore augmentée.
"Je pense que la réalisation la plus notable est la synchronisation réussie du chaos entre deux QCL, " dit Spitz. " Pendant longtemps, la possibilité de générer un chaos temporel dans ce type de structure était controversée car elles reposent sur une technologie différente, en comparaison avec la plupart des lasers à semi-conducteurs, ce qui rend globalement les QCL plus stables, donc pas vraiment sujet au chaos. Il y a quelques années, nous avons démontré expérimentalement que les QCL peuvent générer un chaos temporel, et nous avons maintenant fait un pas de plus en réalisant une communication privée basée sur la synchronisation du chaos."
Jusque là, les chercheurs ont simplement décrit une preuve de concept de leur système proposé, où la distance entre les deux lasers à cascade quantique n'est que d'un mètre. Ce n'est pas une configuration réaliste pour la communication en espace libre. Cependant, ils espèrent améliorer leur système, pour le rendre plus adapté aux implémentations dans le monde réel.
"Nous prévoyons d'augmenter cette distance à des centaines de mètres, puis des kilomètres, afin de construire un système opérationnel, " a déclaré Spitz. " En dehors des lasers à cascade quantique, il existe d'autres lasers semi-conducteurs dans l'infrarouge moyen, tels que les lasers à cascade interbande (ICL). Nous prévoyons de répéter la même expérience avec les ICL, pour déterminer la meilleure configuration pour la communication privée dans la longueur d'onde de l'infrarouge moyen."
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