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Des chercheurs chinois vont envoyer un message quantique «  incassable  » dans l’espace

Incassable quantum les messages peuvent désormais être envoyés par voie aérienne et seront bientôt diffusés dans l’espace.

Des chercheurs de l’Université des sciences et technologies de Chine (USTC) ont découvert en 2018 comment partager secrètement des «clés quantiques» entre les satellites en orbite et les stations au sol, comme 45Secondes.fr précédemment rapporté. Cela fait de la connexion entre le satellite chinois Micius et trois sites terrestres avec lesquels il communique en Europe et en Asie le plus grand réseau quantique sécurisé au monde. Mais l’outil de secret quantique utilisé à l’origine par Micius présentait quelques fuites, obligeant les scientifiques à développer une forme plus avancée de cryptage quantique connue sous le nom de distribution de clé quantique indépendante du dispositif de mesure (MDI-QKD). Maintenant, ces mêmes chercheurs ont, pour la première fois, mis en place le MDI-QKD sans fil, dans une ville de Chine, sans aucune fibre optique. Et ils se préparent à envoyer MDI-QKD à Micius.

« Les résultats du groupe chinois [are] très intéressant pour la communauté des communications quantiques », a déclaré Daniel Oblak, chercheur en communications quantiques à l’Université de Calgary en Ontario qui n’a pas travaillé sur l’expérience.

Cela ouvre la porte, a-t-il déclaré, à des réseaux pratiques à chiffrement quantique reposant à la fois sur des satellites et des câbles à fibre optique fonctionnant en tandem, ce qui n’est pas possible avec la technologie actuelle.

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Messages sécurisés quantiques

Toutes les données sécurisées que vous avez envoyées à partir de votre téléphone – des instructions à votre banque via une application mobile, par exemple, ou des messages Whatsapp avec votre mère – ont été diffusées sur d’énormes distances pleines de pirates potentiels. Mais tout fouineur écoutant ne pouvait probablement pas donner un sens à cette information car elle était transformée en charabia qui ne pouvait être déchiffrée qu’avec une clé sécurisée, essentiellement une longue chaîne de chiffres. Cette chaîne de nombres est brouillée avec les informations qu’elle protège, et seule une personne qui connaît la chaîne peut les déchiffrer.

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Ces systèmes ne sont pas parfaits cependant, vulnérables aux attaques de quiconque a écouté lorsque la clé était partagée. Ils n’utilisent généralement pas non plus des chaînes de nombres suffisamment longues pour être parfaitement sécurisés même contre quelqu’un qui n’a pas écouté la clé, selon le livre du cryptographe belge Gilles Van Assche « Quantum Cryptography and Secret-Key Distillation » (Cambridge University Press , 2006).

Ainsi, dans les années 1980, les chercheurs ont développé une méthode théorique pour générer des clés sécurisées en utilisant mécanique quantique. Ils ont compris que des clés sécurisées pouvaient être encodées dans les propriétés quantiques de particules individuelles et échangées secrètement dans les deux sens. L’avantage de cette « distribution de clé quantique » (QKD) est que la physique quantique dicte que l’acte même d’observer une particule la change irrémédiablement. Ainsi, tous les espions qui tentaient d’intercepter la clé quantique pourraient être immédiatement détectés par les changements dans les particules.

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Sécuriser le coffre quantique

Ces dernières années, alors que les chercheurs ont commencé à construire des prototypes de réseaux de distribution de clés quantiques utilisant des photons (particules de lumière), une faille importante a été découverte dans le système – les «attaques par canal latéral» pourraient siphonner des copies d’une clé quantique directement à partir du récepteur, une étude publiée dans 2012 dans le journal Lettres d’examen physique a trouvé.

Les chercheurs ont donc développé MDI-QKD, l’appelant dans cet article de 2012 « une solution simple pour supprimer tous les canaux latéraux du détecteur (existants et à découvrir) ».

Dans MDI-QKD, l’expéditeur et le destinataire d’un message envoient leurs photons de clé quantique en même temps (ainsi que leurs leurres) à un tiers. Chaque photon contient un seul bit d’information: un un ou un zéro. Le tiers n’a pas besoin d’être sécurisé et il ne peut pas lire les informations véhiculées par les photons.

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« Tout ce qu’il peut dire, c’est la relation entre les [photons]», a déclaré Wolfgang Tittel, un expert en communications quantiques chez QuTech, une collaboration entre l’Université de technologie de Delft aux Pays-Bas et l’Organisation néerlandaise pour la recherche scientifique appliquée. Il peut simplement dire« s’ils sont identiques ou différents ».

Lorsque l’expéditeur et le destinataire envoient un un ou un zéro, ils reçoivent un message du relais indiquant qu’ils ont envoyé le même bit. S’ils envoient des numéros différents, le relais diffuse qu’ils ont envoyé des numéros différents. Un hacker espionnant le relais ne pouvait que dire si les photons étaient identiques ou différents, mais pas s’ils représentaient un un ou un zéro.

« Mais bien sûr, les gens qui ont envoyé les États savent ce qu’ils ont envoyé, donc ils savent ce que l’autre personne a envoyé », a déclaré Tittel à 45Secondes.fr.

Tous ces uns et zéros s’ajoutent à une clé quantique sécurisée, et il n’y a aucun moyen pour un pirate informatique de dire ce que c’est.

Mais MDI-QKD a ses propres défis, a déclaré Tittel, qui n’était pas impliqué dans cette dernière expérience. Cela nécessite que les deux photons arrivent au relais exactement au même moment.

«Nous avons constaté que cela était difficile en raison des changements de température de l’appareil», a-t-il déclaré, ce qui peut perturber le timing.

Et cela utilise des câbles à fibre optique dédiés. L’envoi de photons dans l’air nécessite de tenir compte de la turbulence atmosphérique, ce qui rend le timing encore plus imprévisible.

C’est pourquoi la nouvelle expérience est si impressionnante, a déclaré Tittel. Alors que la Chine fait du QKD standard avec Micius depuis 2018, personne n’avait jusqu’à présent trouvé comment faire le système de cryptage le plus incassable sur de longues distances sans câbles à fibre optique pour transporter les photons dans les deux sens.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont envoyé une clé sécurisée MDI-QKD sur 19,2 kilomètres de plein air entre deux bâtiments de la ville de Hefei. Pour s’assurer que les photons arrivent au relais exactement au même moment, ils ont développé des algorithmes qui ont permis aux dispositifs émetteur et récepteur de tenir compte des fluctuations dans cette étendue d’atmosphère.

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L’introduction de MDI-QKD dans l’espace nécessitera davantage de résolution de problèmes, y compris de meilleurs algorithmes qui peuvent rendre compte des distances encore plus grandes impliquées.

« Le deuxième défi que nous espérons surmonter est lié au mouvement des satellites », a déclaré Qiang Zhang, l’un des auteurs de l’article, dit Phys.org.

Une cible en mouvement modifie le comportement des photons d’une manière qui doit être très précisément prise en compte pour donner un sens au signal.

Tittel a déclaré que le mouvement du satellite rend le MDI-QKD « très difficile », mais qu’il est plausible que l’équipe de l’USTC y parvienne.

S’ils le font, ils auront développé un réseau quantique incassable par toute méthode connue de codage. Ce serait le réseau de communication longue distance le plus sûr au monde.

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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