Paul Sparks
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La Chine dispose de la technologie quantique pour crypter parfaitement les signaux utiles sur des distances bien plus vastes que quiconque n'a jamais accompli, couvrant l'Europe et l'Asie, selon une nouvelle lettre de recherche étonnante.
Des informations, ou signaux, traversent les maisons des gens, le ciel au-dessus de leur tête et la chair des corps humains chaque seconde de chaque jour. Ce sont des signaux de télévision et de radio, ainsi que des appels téléphoniques privés et des fichiers de données.
Certains de ces signaux sont publics, mais la plupart sont privés - cryptés avec de longues chaînes de chiffres connus (vraisemblablement) uniquement des expéditeurs et des destinataires. Ces clés sont suffisamment puissantes pour garder les secrets de la société moderne: des messages texte, des numéros de compte bancaire et des mots de passe pour des bases de données secrètes. Mais ils sont fragiles. Une personne suffisamment déterminée, brandissant un ordinateur suffisamment puissant, pourrait les briser.
«Historiquement, toutes les avancées de la cryptographie ont été vaincues par les progrès de la technologie de craquage», a écrit Jian-Wei Pan, chercheur à l'Université des sciences et technologies de Chine et auteur de cette lettre de recherche. "La distribution de clés quantiques met fin à cette bataille."
Les clés quantiques sont de longues chaînes de nombres - des clés pour ouvrir des fichiers cryptés comme celles utilisées dans les ordinateurs modernes - mais elles sont encodées dans les états physiques des particules quantiques. Cela signifie qu'ils sont protégés non seulement par les limites des ordinateurs mais par les lois de la physique.
Les clés quantiques ne peuvent pas être copiées. Ils peuvent crypter les transmissions entre des ordinateurs par ailleurs classiques. Et personne ne peut les voler - une loi de la mécanique quantique stipule qu'une fois qu'une particule subatomique est observée, pouf, elle est modifiée - sans alerter l'expéditeur et le récepteur du sale tour. [Qu'est-ce que c'est? Réponses à vos questions sur la physique]
Et maintenant, selon une nouvelle lettre qui doit être publiée aujourd'hui (19 janvier) dans la revue Physical Review Letters, les clés quantiques peuvent voyager par satellite, chiffrant les messages envoyés entre des villes à des milliers de kilomètres de distance..
Les chercheurs ont crypté des images quantiques en les encodant sous forme de chaînes de nombres basées sur les états quantiques des photons et les ont envoyées sur des distances allant jusqu'à 4722 miles (7600 kilomètres) entre Pékin et Vienne - brisant le précédent record de 251 miles (404 km). , également situé en Chine. Puis, pour faire bonne mesure, le 29 septembre 2017, ils ont organisé une visioconférence de 75 minutes entre chercheurs des deux villes, également cryptée via une clé quantique. (Cette visioconférence a été annoncée précédemment, mais tous les détails de l'expérience ont été rapportés dans cette nouvelle lettre.)
Le satellite
Cette distribution de clés quantiques à longue distance est une autre réalisation du satellite chinois Micius, qui était responsable de la destruction d'un certain nombre d'enregistrements de réseaux quantiques en 2017. Micius est un puissant relais et détecteur de photons. Lancé en orbite terrestre basse en 2016, il utilise ses lasers et détecteurs fins pour envoyer et recevoir des paquets d'informations quantiques - essentiellement des informations sur l'état quantique d'un photon - sur de vastes étendues d'espace et d'atmosphère..
"Micius est l'étoile la plus brillante du ciel lorsqu'elle passe au-dessus de la station", a écrit Pan. "L'étoile est [aussi] verte que la balise laser [que Micius utilise pour diriger les photons vers le sol]. S'il y a de la poussière dans l'air, vous verrez [aussi] une ligne lumineuse rouge pointant vers le satellite. Pas de son vient de l'espace. Peut-être y en a-t-il qui sont soulevés par le mouvement de la station au sol. "
À peu près à chaque fois que Micius fait quelque chose, il souffle les disques précédents hors de l'eau. En effet, les réseaux quantiques précédents reposaient sur le passage de photons au sol, en utilisant l'air entre les bâtiments ou des câbles à fibres optiques. Et il y a des limites à la ligne de visée au sol, ou à quelle distance un câble à fibre optique transférera un photon sans le perdre.
En juin 2017, les chercheurs de Micius ont annoncé qu'ils avaient envoyé deux photons «intriqués» à des stations au sol distantes de 1 200 km. (Lorsqu'une paire de photons s'emmêle, ils s'affectent même lorsqu'ils sont séparés par de grandes distances.) Un mois plus tard, en juillet, ils ont annoncé qu'ils avaient téléporté un paquet d'informations quantiques à 870 miles (1400 km) du Tibet en orbite, signifiant que l'état quantique d'une particule avait été diffusé directement d'une particule au sol à son jumeau dans l'espace.
Ces deux réalisations ont été des étapes majeures sur la voie des réseaux chiffrés à clé quantique dans le monde réel..
La nouvelle lettre annonce que la théorie a été mise en œuvre.
Micius a d'abord chiffré deux photos, une petite image du satellite Micius lui-même, puis une photo du premier physicien quantique Erwin Schrödinger. Ensuite, il a chiffré ce long appel vidéo. Aucun acte similaire de distribution de clé quantique n'a jamais été réalisé sur ce type de distance.
Déjà, a déclaré Pan, Micius est prêt à être utilisé pour crypter des informations plus importantes.
Comment fonctionne une clé quantique?
La distribution des clés quantiques est essentiellement une application créative du soi-disant principe d'incertitude de Heisenberg, l'un des principes fondamentaux de la mécanique quantique. Comme indiqué précédemment, le principe d'incertitude stipule qu'il est impossible de connaître pleinement l'état quantique d'une particule - et, surtout, qu'en observant une partie de cet état, un détecteur efface à jamais les autres informations pertinentes que la particule contient..
Ce principe s'avère très utile pour coder des informations. Comme l'écrivait le cryptographe belge Gilles Van Assche dans son livre de 2006 "Quantum Cryptography and Secret-Key Distillation", un émetteur et un récepteur peuvent utiliser les états quantiques des particules pour générer des chaînes de nombres. Un ordinateur peut ensuite utiliser ces chaînes pour crypter certaines informations, comme une vidéo ou un texte, qu'il envoie ensuite via un relais classique comme la connexion Internet que vous utilisez pour lire cet article.
Mais il n'envoie pas la clé de cryptage sur ce relais. Au lieu de cela, il envoie ces particules à travers un réseau quantique séparé, a écrit Van Assche.
Dans le cas de Micius, cela signifie envoyer des photons, un par un, à travers l'atmosphère. Le récepteur peut alors lire les états quantiques de ces photons pour déterminer la clé quantique et utiliser cette clé pour décrypter le message classique. [Album: Les plus belles équations du monde]
Si quelqu'un d'autre essayait d'intercepter ce message, cependant, il laisserait des signes révélateurs - des paquets manquants de la clé qui ne sont jamais parvenus à l'expéditeur.
Bien sûr, aucun réseau n'est parfait, surtout pas un réseau basé sur des informations de prise de vue pour des photos individuelles sur des kilomètres d'espace. Comme l'ont écrit les chercheurs de Micius, les réseaux perdent généralement 1 ou 2% de leur clé par temps clair. Mais c'est bien dans ce que Micius et la station de base peuvent travailler ensemble pour éditer la clé, en utilisant des mathématiques sophistiquées. Même si un attaquant interceptait et détruisait une partie beaucoup plus grande de la transmission, tout ce qu'il n'aurait pas attrapé serait toujours propre - plus court, mais suffisamment sécurisé pour crypter les transmissions à la rigueur. [Comment fonctionne l'intrication quantique (infographie)]
Cependant, la connexion entre Micius et la Terre n'est pas encore parfaitement sécurisée. Comme l'a écrit l'équipe d'auteurs chinois et autrichiens, la faille dans la conception du réseau est le satellite lui-même. À l'heure actuelle, les stations de base de chaque ville liée reçoivent différentes clés quantiques du satellite, qui sont multipliées ensemble puis démêlées. Ce système fonctionne bien, tant que les communicateurs croient qu'aucune escouade secrète d'astronautes infâmes ne s'est introduite dans Micius lui-même pour lire la clé quantique à la source. La prochaine étape vers une sécurité vraiment parfaite, ont-ils écrit, consiste à distribuer des clés quantiques à partir de satellites via emmêlé photons - clés que les satellites fabriqueraient et distribueraient, mais ne seraient jamais capables de lire eux-mêmes.
Avec le temps, ont écrit les chercheurs, ils prévoient de lancer plus de satellites quantiques sur des orbites plus élevées - des satellites qui communiqueront entre eux et avec les chercheurs sur Terre dans des réseaux de plus en plus complexes..
Ce réseau quantique qui s'étend lentement et de plus en plus pratique sera d'abord construit pour la Chine et l'Europe, ont-ils écrit, "puis à l'échelle mondiale".