Record de vitesse en cryptographie quantique

Publié par Michel le 13/10/2008 à 00:00
Source: PhysicsWorld
Illustration: Toshiba
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Des systèmes de sécurité sur Internet basés sur les principes étranges de la mécanique quantique ne sont plus très loin de devenir une réalité selon des chercheurs britanniques, qui ont réalisé un saut de géant dans les ordres de grandeur des performances de la cryptographie quantique.


Le système QKD (Quantum Key Distribution) de Toshiba utilisé dans le réseau à Vienne

L'équipe a démontré que des clefs quantiques pouvaient être envoyées le long d'une fibre optique de 20 kilomètres avec un débit supérieur à 1 Mbit/s - une performance qui pourrait permettre à des utilisateurs de communiquer avec une sécurité totale à travers les réseaux informatiques. Cette annonce survient alors que les chercheurs européens se réunissent à Vienne pour réaliser la première démonstration mondiale de cryptographie quantique sur un réseau de télécommunications commercial.

La cryptographie quantique est une manière d'assurer la sécurité du transfert de données électroniques en exploitant les règles de la mécanique quantique. Elle permet à des utilisateurs d'échanger des clefs codées dans différents états quantiques, tels que la phase des photons, qui sont ensuite utilisées pour chiffrer et déchiffrer les messages. Cette approche est, par principe, impossible à déchiffrer, parce que la mécanique quantique impose qu'une quelconque oreille indiscrète modifiera ces clefs par le simple fait de les mesurer.

Une commercialisation difficile

Un certain nombre de sociétés commercialisent des produits cryptographiques quantiques, et un certain nombre de clients potentiels, comme des banques, des gouvernements et des opérateurs de réseau, testent ces produits. Cependant, jusqu'ici il n'était seulement possible d'envoyer des clefs quantiques qu'entre deux points fixes.

Andrew Shields, qui dirige la recherche sur l'information quantique au laboratoire de Cambridge, précise que la possibilité d'effectuer la cryptographie à travers un réseau offre un certain nombre d'avantages. Parmi ceux-ci la possibilité de construire un lien sécurisé à n'importe quel endroit couvert par le réseau, la communication entre des utilisateurs multiples ainsi qu'une plus grande robustesse, puisque les communications peuvent être réacheminées si des liens simples sont divisés, ou encore des communications sur de plus grandes zones, puisque chaque lien a une longueur maximum d'environ 100 kilomètres en raison de l'atténuation de signal dans la fibre.

La cryptographie quantique n'était jusqu'ici possible à travers les réseaux en raison de la nécessité de partager la bande passante des clés entre de nombreux utilisateurs différents; celle-ci restait tout simplement trop faible, typiquement moins de 10 kbit/s pour 20 kilomètres de fibre. Shields et ses collègues ont réussi à l'amplifier jusqu'à 1,02 Mbit/s en améliorant les dispositifs à semi-conducteurs utilisés pour détecter les photons uniques qui composent des clefs quantiques. (Il est ici essentiel d'employer des photons uniques sans quoi une oreille indiscrète pourrait "écouter" les photons excédentaires sans indiquer sa présence).

Ne détecter qu'un photon à la fois

Ces dispositifs s'appellent des photodiodes à avalanche ; ils produisent une avalanche d'électrons toutes les fois qu'ils détectent un photon. Ces électrons peuvent alors être enregistrés sous forme de courant dans un circuit électrique. Malheureusement, certains de ces électrons peuvent rester piégés dans le dispositif et ensuite continuer à enregistrer un signal faux à un instant légèrement postérieur, ce qui signifie que le dispositif doit attendre que tous les signaux potentiels aient complètement disparu avant d'accepter le prochain photon entrant, ce qui limite la vitesse de fonctionnement de l'ensemble. La nouvelle photodiode de Toshiba est sensible à des avalanches beaucoup plus faibles, ce qui implique une probabilité beaucoup plus basse de signaux faux, et donc une fréquence de fonctionnement bien plus élevée.

Le groupe Toshiba a installé une technologie à 1 kb/sec dans un réseau métropolitain de cryptographie quantique à Vienne. Développé par des scientifiques européens dans le cadre d'un projet connu sous le nom de SECOQC, le réseau utilise l'infrastructure de télécommunications commerciale existante pour envoyer et recevoir des clefs quantiques entre six nœuds relies par des liens de 6 à 82 kilomètres. Shields indique que la technologie de Toshiba, une de six différentes utilisées dans le réseau, a fonctionné sans problème durant les deux derniers mois dans la capitale autrichienne.

La prochaine étape, selon Shields, est de passer du kilobit au mégabit en utilisant les nouveaux dispositifs expérimentaux. Ceux-ci sont actuellement déployés sur un "banc" d'essais à Cambridge mais demandent à être réduits en taille de sorte qu'il puisse s'adapter dans des baies de communications standard de 19-pouces dans environ deux ans. "La 'distribution de clés quantiques' a certainement devant elle un futur radieux," ajoute Shields. "Je pense qu'elle devrait être commercialisable dans les trois à cinq années à venir, et qu'elle pourrait devenir une norme pour la sécurité de l'information dans tous les réseaux de transmission."

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