Face à la menace croissante des cyberattaques, la recherche de méthodes de transmission d'informations inviolables est devenue une priorité. La cryptographie quantique, qui utilise les principes de la mécanique quantique et des photons uniques pour sécuriser les clés de chiffrement, offre une solution prometteuse. Une équipe de la Faculté de Physique de l'Université de Varsovie a récemment fait une avancée significative en développant et testant un système de distribution de clés quantiques (QKD) adapté aux environnements urbains.
Leur approche s'inspire de l'effet Talbot temporel, un phénomène optique classique. Cette méthode permet un codage multidimensionnel de l'information, simplifiant la construction des systèmes QKD et améliorant leur évolutivité par rapport aux technologies actuelles. L'effet Talbot temporel, analogue temporel de l'effet Talbot spatial, décrit la répétition périodique d'un signal temporel dans un milieu dispersif, un concept initialement exploré pour le transfert d'informations dans les fibres optiques.
Le Dr Michał Karpiński, chef du Laboratoire de Photonique Quantique de l'Université de Varsovie, explique que leurs recherches se concentrent sur la QKD, qui utilise des photons uniques pour générer des clés cryptographiques sécurisées. Alors que la QKD traditionnelle repose sur les qubits, les chercheurs explorent des états quantiques plus complexes, tels que les superpositions de temps-bin de photons, capables de représenter plusieurs valeurs simultanément. La détection temporelle d'un photon unique dans une telle superposition encode l'information dans la phase de l'onde lumineuse.
L'équipe a conçu un système expérimental de QKD à quatre dimensions en utilisant des composants commerciaux. Une innovation majeure est la capacité du système à détecter des superpositions de plusieurs impulsions avec un seul détecteur de photons, éliminant le besoin de réseaux interférométriques complexes et réduisant ainsi la complexité et le coût du système. Cette nouvelle méthode évite également l'étalonnage chronophage souvent requis par les méthodes traditionnelles.
Bien que cette méthode présente des taux d'erreur de mesure relativement élevés, les chercheurs, en collaboration avec des théoriciens en cryptographie quantique, ont confirmé que cela n'entrave pas la fonctionnalité QKD. Un avantage notable est la capacité de détecter des superpositions 2D et 4D sans modification matérielle ni stabilisation du récepteur. La sécurité du système a été testée sur des fibres optiques de laboratoire et sur l'infrastructure de l'Université de Varsovie sur plusieurs kilomètres.
Les chercheurs ont démontré avec succès la QKD avec un codage à deux et quatre dimensions en utilisant le même émetteur et récepteur, confirmant l'efficacité accrue du codage multidimensionnel. La sécurité théorique de la QKD est un avantage majeur. En collaboration avec des groupes de recherche italiens et allemands, l'équipe a résolu une vulnérabilité potentielle liée à la description standard de nombreux protocoles QKD en développant une modification du récepteur. Cette modification a permis de collecter un plus grand volume de données et d'améliorer la sécurité du protocole. La preuve de sécurité du nouveau protocole a été publiée dans Physical Review Applied, marquant une étape importante vers la mise en œuvre pratique de la cryptographie quantique pour renforcer la sécurité de la transmission de données dans les environnements urbains.