Alors que les ordinateurs quantiques menacent le chiffrement traditionnel, les chercheurs développent des réseaux quantiques pour permettre une communication ultra-sécurisée.
Les scientifiques de l'Université de Leibniz Hanovre ont été les pionniers d'une nouvelle méthode utilisant des fréquences lumineuses pour améliorer la distribution des clés quantiques. Cette percée réduit la complexité, réduit les coûts et ouvre la voie à une infrastructure Internet quantique évolutive et antiporchée.
La menace croissante pour la sécurité des données
L'avenir de la sécurité Internet est confronté à un défi majeur: les ordinateurs quantiques pourraient éventuellement briser même le cryptage le plus fort utilisé aujourd'hui, rendant les données sensibles vulnérables. Pour contrer cette menace, les chercheurs du monde entier travaillent sur des réseaux quantiques - des systèmes qui tirent parti des principes de la mécanique quantique pour permettre une communication ultra-sécurisée.
Lorsqu'elles sont entièrement développées et interconnectées globalement, ces réseaux formeront l'Internet quantique, fournissant un chiffrement qui ne peut pas être intercepté ou décodé. Cependant, la mise en œuvre généralisée reste difficile en raison des coûts élevés, des demandes d'énergie importantes et de la complexité de la technologie requise.
Une nouvelle approche du chiffrement quantique
À l'Université de Leibniz, l'Institut de photonique de Hanovre, deux chercheurs abordent ce défi avec une nouvelle approche. Ils ont développé une méthode avancée de distribution de clés quantiques basée sur l'intrication en utilisant le codage de la base de la fréquence - une technique qui code pour les informations quantiques en différentes fréquences lumineuses (couleurs). Cette méthode améliore non seulement la sécurité mais améliore également l'efficacité des ressources.
«Notre approche pourrait permettre à des réseaux quantiques d'être mis à l'échelle à l'avenir tout en utilisant moins de ressources pour connecter un nombre plus élevé d'utilisateurs sur de plus grandes distances», explique le professeur Michael Kues, chef de l'Institut de photonique et membre du conseil d'administration du groupe d'excellence de Phoenixd à Leibniz Universität Hannover. La recherche sur les technologies optiques et les bits quantum photoniques est l'un des principaux domaines de recherche de l'université.
Avantages de la distribution de clés quantiques basée sur la fréquence
La mise en œuvre de la distribution de clés quantiques basée sur l'intrication en utilisant la fréquence comme degré de liberté présente deux avantages. «Premièrement, par rapport à la polarisation, la fréquence est très robuste contre le bruit, ce que les facteurs environnementaux tels que les fluctuations de la température et les vibrations mécaniques dans les fibres optiques utilisées induisent et perturbent la transmission clé», explique Anahita Khodad Kashi, un doctorant à l'Institut de photonique. «Le deuxième avantage est qu'en utilisant la fréquence, nous avons pu réduire la complexité du processus et donc aussi les coûts», explique Khodad Kashi.
Réduire les coûts et augmenter la sécurité
Les chercheurs ont réussi à mesurer les états quantiques des particules lumineuses en utilisant un seul détecteur au lieu de quatre très sensiblesphotondétecteurs. Pour effectuer les quatre mesures requises, ils ont utilisé une méthode appelée transfert de fréquence à temps, qui mappe les composants de fréquence dans l'heure d'arrivée du photon au détecteur. Kues dit que cela a réduit les coûts des composants de télécommunications standard d'environ 100 000 euros à un quart de ce montant. «De plus, la vulnérabilité aux attaques du détecteur diminue et le système devient plus sécurisé», explique Khodadad Kashi.
Évolution des réseaux quantiques
La méthode utilise non seulement un mais plusieurs canaux simultanément. Ce soi-disant multiplexage de division de fréquence adaptative augmente également le taux de distribution de clé sans avoir besoin de dispositifs techniques supplémentaires. «Avec cette approche, les performances du réseau quantique s'adaptent dynamiquement à la charge actuelle», explique Khodadad Kashi. «À l'avenir, notre approche permettra une distribution de clés quantiques dynamique et minimisé en ressources entre plusieurs utilisateurs. Cela pourrait rendre les réseaux quantiques évolutifs», explique Kues. «Les réseaux quantiques seront un élément de construction important pour rendre l'infrastructure informatique critique plus sécurisée, par exemple, dans les secteurs bancaire et de santé.»
L'avenir de la communication quantique
Kues voit un besoin de recherches supplémentaires sur l'interaction de la nanophotonique avec l'optique quantique afin de développer des méthodes et des composants supplémentaires pour générer une large gamme d'états quantiques pour le codage multidimensionnel des informations quantiques. «Avec le développement de réseaux quantiques, nous connaîtrons une nouvelle qualité de connectivité, de capacité, de gamme et de sécurité de la communication quantique à l'avenir», explique Kues.
Référence: «Distribution de clés quantiques à base d'enchevêtrement codée par la fréquence dans un réseau multiplexé en fréquence reconfigurable» par Anahita Khodad Kashi et Michael Kues, 16 janvier 2025,Lumière: Science et applications.
Deux: 10.1038 / S41377-024-01696-8
La recherche a été financée par la technologie Tüv Nord / Alter, le ministère fédéral de l'Éducation et de la recherche (BMBF) et le Conseil européen de recherche (ERC). Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue Light: Science & Applications.
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