Progrès dans la distribution des clés cryptographiques quantiques

15/11/2013
Auteurs :
Publication eREE
OAI : oai:www.see.asso.fr:14389:5302
DOI :

Résumé

Progrès dans la distribution des clés cryptographiques quantiques

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	    <date dateType="Created">Fri 15 Nov 2013</date>
	    <date dateType="Updated">Mon 25 Jul 2016</date>
            <date dateType="Submitted">Mon 15 Oct 2018</date>
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  25 juin 2013     Progrès dans la distribution des clés cryptographiques quantiques    Bernard Ayrault  Membre émérite de la SEE    Malgré  de  spectaculaires  avancées,  dont  REE  se  fait  régulièrement  l’écho,  l’ordinateur  quantique  reste une perspective lointaine. Toute autre est la  cryptographie quantique, ou, plus précisément la  distribution d’une clé cryptographique quantique,  qui grâce à de récents développements entre dans  une phase d’utilisation.  Pour  assurer  la  confidentialité  d’une  communication  entre  deux  interlocuteurs  traditionnellement  appelés  Alice  et  Bob,  il  faut  une  clé  de  cryptage.  Les  dispositifs  actuels  reposent  soit  sur  des  clés  symétriques,  robustes  tant  qu’elles  restent  confidentielles  mais  vulnérables  cependant,  soit  sur  des  clés  asymétriques,  en  principe  invulnérables…  tant  qu’on  ne  sait  pas  factoriser  les  grands  nombres  (ou  jusqu’à  ce  que  l’on  apporte  la  preuve  du  caractère difficile de ce problème bien connu de la  théorie des nombres)  Depuis  1984  (Protocole  BB84,  imaginé  par  Ch.  Bennett  et  G.  Brassard),  on  sait  que  la  physique  quantique  et  les  –  singulières  –  propriétés  des  états  intriqués  autorisent  la  distribution,  et  par  conséquent l’utilisation sans risque, de clés dites  quantiques, à la fois symétriques et invulnérables,  dans  le  sens  que  toute  intrusion  d’un  tiers  (répondant  au  nom  traditionnel  d’Eve)  serait  détectée par Alice ou Bob ; le mécanisme proposé  est  assez  subtil  et  repose  essentiellement  sur  l’impossibilité  de  cloner  un  état  quantique :  l’invulnérabilité  devient  conséquence  directe  d’une loi physique et elle n’apparait plus comme  la  conséquence  d’une  limitation  des  techniques  de calcul actuelles ; au demeurant  la factorisation  des  grands  nombres  sera  chose  aisée…  pour  les  ordinateurs quantiques !  La  transmission  lointaine  d’atomes  intriqués  restant  fort  délicate,  c’est  vers  l’utilisation  de  photons que se sont tournées majoritairement les  recherches visant à réaliser des clés quantiques :  avec des photons uniques, assez faciles à émettre,  et  des  fibres  optiques  performantes  on  dispose  d’outils  maitrisés  fort  utiles.  En  considérant  les  états de polarisation du photon, on peut, avec des  polariseurs  bien  utilisés  à  chaque  bout  de  la  chaine  de  transmission,  imaginer  de  jongler  un  peu  avec  les  états  de  polarisation :  un  dispositif  est décrit dans l’ouvrage de Michel Le Bellac (Une  introduction  au  monde  quantique  Editions  EDP  mars 2010). Alice et Bob échangent sur un canal  classique des informations non sensibles, dont Eve  ne peut tirer parti parce qu’elles concernent par  exemple  l’état  de  leurs  polariseurs  respectifs  avant  chaque  émission  ou  réception  de  photon,  mais  évidemment  pas  le  résultat  des  mesures  effectuées ! Ce faisant, Alice et Bob élaborent en  quelque sorte en commun une suite de bits, d’eux  seuls connue, qui va constituer la clé.  Concurremment  à  cette  approche  historique  qui  s’appuie  sur  des  photons  individuels  dont  la  polarisation porte (et emporte !) l’information qui  doit  rester  secrète,  une  autre  filière  s’est  développée, sous l’impulsion de Gilles Granger, de  l’Institut  d’Optique  Graduate  School :  l’information  est  encodée  dans  l’amplitude  et  la  phase  d’ondes  d’états  cohérents  (émis  par  des    lasers  de  qualité)  et  elle  peut  être  détectée  par  des méthodes optiques classiques. Elle est dite ‘’à  variable continue’’ par opposition aux deux états  de polarisation de l’autre filière.   La figure 1 (d’après P.K. Lam et T.C. Ralph Nature  Photonics ‐Avril 2013) illustre ces deux voies, qui  d’une  certaine  façon  correspondent  à  la  dualité  ‘’onde‐corpuscule’’  du  photon,  avec  notamment  des  techniques  de  détection  spécifiques  à  ces  deux approches.    Figure 1 : Système de distribution de clés quantiques utilisant le procédé à variables discrètes fondé sur le codage de  l’état de spin de photons (en vert) et système à variables continues utilisant la modulation d’amplitude en quadrature –  Source : Nature Photonics – Avril 2013.  C’est à l’aune des difficultés variées qu’elle a dû  surmonter  qu’il  convient,  après  le  CNRS,  (http://www.cnrs.fr/inp/spip.php?article1675)  de  saluer la performance réalisée par l’équipe qui a  porté à 80 km la portée de distribution d’une clé à  variable  continue,  en  n’utilisant  que  des  composants standards de télécommunications. La  récente publication (Experimental demonstration  of  long‐distance  continuous‐variable  quantum  key distribution, Nature Photonics  avril 2013) est,  de  façon  significative,  signée  de  spécialistes  relevant  de  laboratoires  ou  d’organismes  complémentaires :  P.  Jouguet  &  S.  Kunz‐Jacques,  de la start‐up SeQureNet, A. Leverrier, de l’INRIA,  E. Diamanti, de Télécom Paris Tech P. Grangier, de  l’Institut d’Optique Graduate School. Un dispositif,  baptisé  Cygnus,  est  d’ailleurs  commercialisé  par  SeQureNet.  On est peut être à la veille de la généralisation, au  moins pour des transmissions à haut débit sur des  aires  métropolitaines,  de  la  distribution  de  clés  quantiques.  B.Ay.