Les opérateurs et équipementiers du monde entier, spécialistes des réseaux, travaillent à la meilleure manière de sécuriser le transport des données et garantir à la fois leur confidentialité et leur intégrité. Toutes sortes de solutions ont été imaginées, parmi lesquelles l’usage de la mécanique quantique pour la distribution des clés, a été perçu comme la plus révolutionnaire. Selon les chinois, cette technologie serait maintenant au point et un premier réseau de 2 000 km va bientôt l’exploiter en production courante. Info, intox, difficile à dire…

Lever les ambiguïtés

Les réseaux quantiques sont basés sur la technique de distribution quantique des clés QLD (Quantum-Key Distribution), l’objectif étant de rendre inviolable les infrastructures de communication. Mais il subsiste de nombreuses zones d’ombre que nous voudrions mettre en évidence, la distinction en particulier de ce que l’on pourrait imaginer dans le futur, avec l’intrication des particules et les réseaux quantiques tels qu’ils existent aujourd’hui. Une confusion qu’il faut lever pour bien comprendre l’étendue de la tâche qui attend les chercheurs pour ces prochaines années.

Les chercheurs de l’ « University of Science and Technology of China » à Hefei, ont prévu de lancer un réseau de fibre optique avec distribution de clés quantiques avant la fin 2017. Dans ce réseau l’envoi des clés bénéficie d’un principe quantique qui veut que l’on sait mesurer les perturbations externes et déduire si l’on est dans une situation de tentative de pénétration.
L’application des principes quantiques

Les réseaux à distribution de clés quantique appliquent un certain nombre de principes de mécanique quantique pour transmettre des clés, mais pas les informations.

Il s’agit de systèmes à cryptographie symétrique, l’émetteur et le récepteur se partageant une même clé aléatoire pour chiffrer et déchiffrer les données, les clés étant des associations de photons, dotés de propriétés quantiques contrôlées et normalement inviolables.

Toute la difficulté est soit d’envoyer la clé au correspondant pour qu’il puisse procéder au déchiffrement, soit de trouver un moyen pour qu’il puisse la partager, sans avoir besoin de l’envoyer.

C’est là que se trouve toute l’ambiguïté.

Car les réseaux quantiques actuels appliquent la première méthode, mais pas la seconde.

En d’autres termes, les réseaux de la ville de Jinan (province de Shandong), par exemple, utilisé par les organismes gouvernementaux de la région et surtout le futur tronçon Beijing-Shanghaï de 2 000 km de fibres optiques, qui devrait être opérationnel à la fin de l’année, sont basés sur l’envoi non seulement des informations mais aussi des clés qui ont servi à les chiffrer.

Dans ce système, les clés sont donc constituées d’un ensemble de photons dont la polarisation quantique a été contrainte selon une certaine direction : 0°, 45°, 90°, 145° ou 180°, par exemple.

Si vous émettez un photon polarisé à 0°, il suffit pour le bloquer de placer un filtre orienté à 90°. Ou l’inverse. De sorte que dans ce montage, l’émission et la lecture des clés reviendra à construire une structure de filtres, pour laisser passer ou au contraire arrêter les photons incidents.

Très bien. Mais alors pourquoi ce système serait-il inviolable ?

Tout simplement parce que les clés quantiques présentent une autre caractéristique très intéressante, à savoir que pendant les communications, il est possible de mesurer les perturbations externes, celles provoquées par un pirate, par exemple, qui voudrait se les approprier. Si ce niveau de perturbation est inférieur à un certain seuil, les clés sont réputées sûres et rien n’est changé. Si, par contre, ce niveau se situe au-dessus, le système bloque les clés, en refabrique d’autres, tout aussi aléatoires que les premières et la transmission peut continuer.

En gros, si le pirate « observe » la communication,  ce qui en mécanique quantique veut dire quelque chose, il est immédiatement détecté et le système se relance sur des bases nouvelles.

C’est sur ce principe que les physiciens chinois ont basé leurs réseaux, avec une particularité pour celui qui relie Beijing et Shanghaï, dans la mesure où il est constitué de 32 tronçons optiques, chaque tronçon se terminant par une sorte de « poste de contrôle », qui a pour fonction de rafraîchir le signal tous les 100 km environ, pour des photons qui ont la mauvaise habitude de se disperser et de s’affaiblir.

A chaque poste, le système lit les clés et les relance avec des photons « tout neufs », ce qui pose d’ailleurs un problème de sécurité, puisqu’ils doivent pour cela les lire « en clair », phase qui peut être exploitée par des criminels pour s’introduire dans la communication.

Il faut lever l’ambiguïté : les réseaux quantiques exploitant le principe de l’intrication n’existent pas et ne sont pas prêts d’exister. Il faudrait pour cela que cette propriété soit prouvée et maîtrisée, ce qui est loin  d’être le cas. Mais si jamais les physiciens y parvenaient, qu’ils soient chinois ou non, ce serait sans doute l’une des plus grandes découvertes de ces 50 dernières années.
Ce que pourrait être le futur réseau quantique

Nous pouvons imaginer que les réseaux chinois mais aussi de nombreux autres dans le monde, ne sont qu’une étape dans les applications de la physique quantique.

Et nous pouvons aussi imaginer ce que pourrait être la prochaine génération de ces réseaux, qui pourrait être fondée sur une autre propriété quantique, parfaitement fascinante, l’intrication (« entanglement »).

Cette propriété a été prévue par Albert Einstein, mais ce n’est que récemment qu’elle aurait été exploitée concrètement.

Ces fameuses particules intriquées sont des sortes de jumeaux, des photons par exemple, qui possèdent les mêmes propriétés quantiques, qu’elles conservent même si elles sont éloignées l’une de l’autre. Tout récemment, les physiciens chinois auraient réussi à mettre en oeuvre une telle intrication avec des particules éloignées de 1 200 km. Record du monde battu…

Ils les ont émises à partir d’un satellite et se sont empressé de communiquer, tout en reconnaissant qu’ils n’avaient pu vérifier l’intrication que sur quelques milliers de photons, la majorité, sans pouvoir dire réellement s’il s’agissait d’une coïncidence ou d’une intrication réelle.

Si cette expérience est confirmée et reproduite, on se trouverait alors devant un tout autre schéma.

Il « suffirait » d’émettre des photons intriqués depuis des micro-satellites, agencés en clés et dotées de propriétés quantiques contrôlées, aux deux extrêmités d’un tronçon de communication.

Comme il s’agirait en quelque sorte de clés intriquées, il serait inutile que l’émetteur les envoie sur le support de communication, en même temps que les données, puisqu’elles seraient déjà nativement partagées.

Ce serait bien sûr l’idéal, sauf que se poserait alors probablement un problème de dégradation de l’intrication et qu’il faudrait prévoir de très lourds codes détecteurs et correcteurs d’erreurs.

A vrai dire, nous n’y croyons pas vraiment, sauf à horizon très lointain. Car le principe de l’intrication est encore trop récent et trop révolutionnaire…pour qu’on lui fasse confiance. Il a besoin d’être affiné, prouvé et adapté concrètement, ce qui ne pourra pas se faire avant de nombreuses années. Pour l’instant il a au moins l’avantage de nous faire rêver.