David Allioux - 23 mai 2019

Comment les chercheurs utilisent l’optique quantique pour sécuriser internet ?

L’optique quantique permet de réaliser une communication de manière quasi-inviolable. Récemment, une équipe de l’université de Southern California (USC) a publié un article sur le sujet que je souhaite partager avec vous.

Yahoo, Uber ou Friendsfinder, ces entreprises ont fait la première page des journaux pour des fuites massives de données personnelles dont elles ont été victimes. Pourtant ce ne sont pas les seules. Pratiquement pas une semaine ne passe sans que des attaques informatiques ne visent des entreprises ou des particuliers. Même les Etats et les organismes gouvernementaux n’échappent pas à la règle.

La révélation d’écoutes des gouvernements européens par la NSA a bien poussé ceux-ci à renforcer les protections, mais la récente infiltration du réseau diplomatique européen, hyper stratégique, prouve l’existence de failles et la nécessité d’accroître les sécurités informatiques(1).

Parmi les causes de piratages informatiques, les erreurs humaines et système (Glitch) représentent environ 50 % des sources de failles et sont évitables. Mais les 50 % restants sont le fruit d’attaques et d’écoutes organisées(2), dont internet et les réseaux de communications sont les premières cibles, et dont les conséquences économiques sont dramatiques(3).

Pour répondre à cette problématique, une des multiples solutions est d’augmenter la sécurité des échanges informatiques de manière très significative.

En ce sens, les communications quantiques sont pressenties comme une méthode d’échange d’information extrêmement sécurisée, voire pratiquement inviolable. Si vous avez 4 minutes et que vous ne connaissez rien aux communications quantiques, je vous invite à regarder cette vidéo qui explique très succinctement le concept. 

L’échange de clé quantique est usuellement basé sur la polarisation de la lumière. Or, celle-ci ne possède que deux états, verticale ou horizontale, ce qui limite la quantité d’information transmise par photon.

pâtes torsadeLe profil de phase d’un mode Hélicoïdal ressemble fortement à une pâte torsade

Pour aller au-delà de cette limitation, il existe d’autres propriétés quantiques de la lumière qui permettent l’échange de clés avec plus de degrés de liberté. Parmi les candidats potentiels, les Moments Angulaires Orbitaux (ou OAM pour Angular Orbital Momentum) possèdent de nombreux atouts. 

Des modes spatiaux, ou formes de lumière, peuvent posséder un front d’onde dit elliptique qui possède un moment orbital angulaire(4). Comme pour les pâtes torsadées, la phase se propage en faisant des tours en forme d’hélice. Le moment angulaire, donné par le nombre d’hélice, peut être utilisé comme clé d’échange, par exemple dans les communications quantiques(5), sans limitation du nombre d’états. 

Représentation de modes OAM

Représentation de modes OAM.
L’hélice en haut correspond à l’équiphase, l’image du milieu montre l’évolution de la phase dans le plan de propagation et l’image du bas, l’intensité dans le plan de propagation. l représente la valeur du moment angulaire. 
(Crédit: E. Karimi/Wikipedia)

 

L’équipe d’Alan Willner de l’université de Southern California (USC) est spécialisée (entre autres choses) dans les techniques de communications quantiques en espace libre. Je tiens ici à présenter leur dernier article (6) dans lequel ils utilisent comme clé quantique des OAM générés par des multiplexeurs Cailabs spécialement conçus pour ce type de transformation.

A l’aide d’un système d’optique adaptative utilisé à l’émission et à la réception, les chercheurs californiens sont ainsi parvenus à réaliser une communication quantique bidirectionnelle de 10Mb/s par canal et ce, au travers de turbulence atmosphérique.

Si ce résultat est encore loin de l’état de l’art en termes de communication fibrée ou sans fil, il montre que les communications quantiques sont désormais pratiquement à portée de main. En permettant de générer facilement des modes OAM à partir de nos multiplexeurs, nous espérons pouvoir contribuer à rendre les communications optiques plus sûres et plus sécurisées.

Découvrez le multiplexeur PROTEUS 

(1) France Info : « L’Union Européenne « enquête activement » après le piratage potentiel de son réseau de communication diplomatique », 19 décembre 2018 . Lire l’article

(2) The bestvpn « 14 Most Alarming Cyber Security Statistics in 2019 », 3 avril 2019. Lire l’article

(3) Accenture, Cost of Cyber Crime Study, 2017. Lire l’étude

(4)  L. Allen, M.W. Beijersbergen, R. Spreeuw, J. Woerdman, Phys. Rev. A 45, 8185 (1992). OAM/Laguerre. Lire l’article

(5) A. Yao, M. Padgett, Adv. Opt. Photon. 3, 161-204 (2011) Lire l’article 

(6) C.Liu, K. Pang, Z. Zhao, & al., Research, vol. 2019, Article ID 8326701, (2019). Lire l’article 

Par David Allioux

David Allioux, who holds a Ph.D. in optics from the University of Lyon, joined Cailabs in 2018. As a project and product manager, he is in charge of the development and integration of telecommunication R&D solutions. He also brings his expertise to develop and commercialize the laser communication product line.

David Allioux a obtenu son doctorat en physique à l’Université de Lyon. Il a rejoint Cailabs en 2018 en tant que Chef de projet et de produits. Il est responsable du développement et de l’intégration de solutions R&D en télécommunications. Il apporte également son expertise au développement et à la commercialisation de la gamme de produits dédiée aux communications laser.