Un nouveau système de communication a été développé pour échanger des clés symétriques entre les parties afin de crypter les messages afin qu’ils ne puissent pas être lus par des tiers. En coopération avec Deutsche Telekom, des chercheurs dirigés par le professeur de physique Thomas Walther ont réussi à exploiter un réseau quantique évolutif en termes de nombre d’utilisateurs et en même temps robuste sans avoir besoin de nœuds de confiance. À l’avenir, de tels systèmes pourraient protéger les infrastructures critiques du danger croissant des cyberattaques. De plus, des connexions étanches pourraient être installées entre différents sites gouvernementaux dans les grandes villes.
Le système développé par les chercheurs de Darmstadt permet l’échange de clés quantiques, fournissant à plusieurs parties d’un réseau en forme d’étoile un nombre aléatoire commun. Des quanta de lumière individuels, appelés photons, sont distribués aux utilisateurs du réseau de communication afin de calculer le nombre aléatoire et donc la clé numérique. En raison des effets physiques quantiques, ces clés sont particulièrement sécurisées. De cette manière, la communication est hautement protégée et les attaques d’écoute clandestine existantes peuvent être détectées.
Jusqu’à présent, ces méthodes de clé quantique étaient techniquement complexes et sensibles aux influences extérieures. Le système du groupe de Darmstadt du Collaborative Research Center CROSSING est basé sur un protocole particulier. Le système distribue des photons à partir d’une source centrale à tous les utilisateurs du réseau et établit la sécurité des clés quantiques par intrication quantique. Cet effet de physique quantique produit des corrélations entre deux particules lumineuses, qui sont observables même lorsqu’elles sont éloignées. La propriété de la particule partenaire peut être prédite en mesurant une propriété de la particule légère à partir d’une paire.
La polarisation est souvent utilisée comme propriété, mais elle est généralement perturbée dans les fibres de verre utilisées pour la transmission en raison d’influences environnementales telles que des vibrations ou de petits changements de température. Cependant, le système de Darmstadt utilise un protocole dans lequel l’information quantique est encodée dans la phase et le temps d’arrivée des photons et est donc particulièrement insensible à de telles perturbations. Pour la première fois, le groupe a réussi à fournir à un réseau d’utilisateurs des clés quantiques grâce à ce protocole robuste.
La grande stabilité de la transmission et l’évolutivité de principe ont été démontrées avec succès lors d’un test sur le terrain en collaboration avec Deutsche Telekom Technik GmbH. Dans une prochaine étape, les chercheurs de la TU Darmstadt prévoient de connecter d’autres bâtiments de la ville à leur système. La recherche est publiée dans PRX Quantique.
Erik Fitzke et al, Réseau évolutif pour la distribution simultanée de clés quantiques par paires via un codage temporel basé sur l’enchevêtrement, PRX Quantique (2022). DOI : 10.1103/PRXQuantum.3.020341