Récemment, le groupe de recherche du professeur Zeng-Bing Chen et du professeur associé Hua-Lei Yin (Laboratoire national des microstructures à l’état solide et École de physique, Centre d’innovation collaborative des microstructures avancées, Université de Nanjing), coopérant avec le Laboratoire national de Pékin pour les microstructures condensées La physique de la matière et l’Institut de physique de l’Académie chinoise des sciences et d’autres instituts ont proposé un protocole de distribution de clé quantique (QKD) de type indépendant de l’appareil de mesure en quatre phases et ont mis en œuvre une expérience de preuve de principe pour prouver la faisabilité.
L’étude a garanti la sécurité du protocole contre les imperfections arbitraires de la source et toutes les attaques au niveau du détecteur. Il a également caractérisé les imperfections de la source avec des paramètres mesurables dans des implémentations expérimentales. Le résultat expérimental a montré que le débit de clé sécurisé pouvait atteindre 0,25 kbps lorsque la perte de canal est de 20 dB.
Sous une perte de canal de 10 dB (environ 50 km de fibre optique), le taux de clé de sécurité pourrait atteindre 91 kbps, ce qui peut répondre aux exigences de cryptage à usage unique pour les appels vocaux. Par rapport aux précédents protocoles QKD indépendants de l’appareil de mesure qui tiennent compte des sources imparfaites, cette recherche a considérablement amélioré le taux de clé de sécurité et la distance de transmission, démontrant l’énorme potentiel d’application dans le déploiement pratique de QKD sécurisé avec des imperfections de l’appareil.
Le résultat de la recherche a été publié dans Bulletin scientifique.
Par rapport à la distribution de clé classique, QKD permet à deux participants distants de partager des bits de clé sécurisés pour le cryptage et le décryptage de la communication secrète. Avec l’algorithme de pad à usage unique, QKD offre une sécurité théorique pour les échanges d’informations basée sur les lois de la mécanique quantique. Cependant, pour le fonctionnement pratique des systèmes QKD, une grave faille de sécurité existe toujours, qui se produit en raison de l’écart entre les hypothèses de sécurité théoriques et les dispositifs pratiques.
Pour être précis, une preuve de sécurité de QKD est établie avec des hypothèses sur les dispositifs du système, qui ne peuvent être satisfaites pour des dispositifs réalistes en raison des imperfections inhérentes et de la perturbation des écoutes clandestines. Cet écart entraîne davantage de fuites d’informations vers les oreilles indiscrètes, qui ne peuvent pas être remarquées par les utilisateurs. Pour réduire l’écart et renforcer davantage la sécurité contre les défauts de l’appareil, un QKD indépendant de l’appareil et un QKD indépendant de l’appareil de mesure ont été proposés.
Le QKD indépendant de l’appareil garantit la sécurité inconditionnelle du QKD en mesurant la violation de l’inégalité de Bell sans aucune hypothèse sur les appareils. Récemment, des chercheurs internationaux ont réalisé des expériences de preuve de principe de QKD indépendant de l’appareil avec des études publiées dans La nature et Lettres d’examen physiquerespectivement.
Cependant, les implémentations expérimentales de QKD indépendantes du dispositif souffrent encore de courtes distances de transmission et sont loin d’être implémentées dans la transmission longue distance. Les protocoles QKD indépendants des appareils de mesure peuvent combler avec succès toutes les failles au niveau des détecteurs en introduisant un nœud intermédiaire non fiable pour la mesure des interférences.
Par rapport aux protocoles QKD indépendants de l’appareil, les protocoles QKD indépendants de l’appareil de mesure n’ont pas besoin de faire d’hypothèses sur le nœud intermédiaire avec un taux de clé sécurisé plus élevé et une distance de transmission plus longue.
Par exemple, les records mondiaux actuels des protocoles QKD indépendants de l’appareil de mesure sont le QKD indépendant de l’appareil de mesure d’interférence à deux photons de 404 km réalisé par Hua-Lei Yin et al., et le QKD à champ double d’interférence à photon unique de 833 km réalisé par Shuang Wang et al. Les protocoles QKD indépendants des appareils de mesure sont considérés comme le meilleur choix avec une sécurité et une efficacité pratiques. Par conséquent, il est important de résoudre les imperfections de la source dans les protocoles QKD indépendants des appareils de mesure.
Il existe principalement quatre types d’imperfections de source dans les protocoles QKD, notamment les défauts de préparation d’état, les canaux secondaires causés par la dépendance de mode, les attaques de chevaux de Troie et les corrélations d’impulsions. Pour résoudre les lacunes causées par les imperfections de source ci-dessus, l’étude a adopté la méthode technique de référence récemment proposée pour caractériser pleinement les imperfections de source référencées et prouver la sécurité d’un protocole QKD indépendant de l’appareil de mesure à quatre phases.
De plus, l’étude a mesuré les paramètres caractérisant les imperfections de la source et a mené une analyse à clé finie du protocole pour aider à générer un taux de clé sécurisé dans l’expérience.
En outre, l’étude a mis en œuvre une expérience de preuve de principe pour prouver la faisabilité du protocole. L’expérience a utilisé la boucle de Sagnac pour stabiliser automatiquement la fluctuation de phase du canal, et toutes les fibres optiques maintiennent la polarisation.
Plus d’information:
Jie Gu et al, Distribution expérimentale de clé quantique de type indépendant de l’appareil de mesure avec des sources défectueuses et corrélées, Bulletin scientifique (2022). DOI : 10.1016/j.scib.2022.10.010