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NanoBob, la communication quantique entre une station terrestre et un CubeSat

publié le , mis à jour le

Erik Kerstel (UGA - LIPHY) dirige l’effort du Centre Spatial Universitaire de Grenoble (CSUG) pour développer, en collaboration avec l’IQOQI de Vienne et une douzaine d’autres partenaires, un nanosatellite qui vise à démontrer la communication quantique sécurisée avec un terminal spatial de type CubeSat.

La securité des techniques cryptographiques actuelles repose sur la complexité des algorithmes numériques. A cet égard, l’arrivée imminente de l’ordinateur quantique constitue une menace sérieuse car elle résoudra de tels problèmes beaucoup plus rapidement (le premier code quantique a été écrit en 1994). L’utilisation d’une seule clé de taille identique à celle du message est la seule manière connue qui permette de contourner ce problème. Reste que la transmission de la clé entre deux parties (Alice et Bob) est vulnérable aux attaques par une tierce partie (Eve). Cette dernière préoccupation est traitée par des méthodes de distribution de clé quantique (QKD). Les protocoles les plus avancés utilisent des photons qui sont générés dans des paires fortement corrélées, c’est-à-dire intriquées, et avec l’information quantique codée dans leur état de polarisation. Les lois de la mécanique quantique imposent que les propriétés d’un photon individuel ne puissent être mesurées sans impact sur son état, rendant l’échange en principe protégé des écoutes : un test statistique quantique (le test de Bell) peut être utilisé pour certifier la nature quantique du lien et, par conséquent, la sécurité du canal de communication. De tels systèmes ont été implémentés en fibre optique et ont déjà été commercialisés. Cependant, sur Terre, la transmission par fibres est limitée à environ 100 km (à cause des pertes optiques et de la courbure de la Terre), sauf si des stations relais de confiance (« trusted nodes ») sont utilisées. Transiter par un unique relai de confiance dans l’espace permet d’augmenter cette distance à l’échelle mondiale.

Le projet formulé par notre consortium place la source de photons intriqués dans la station au sol. Un des photons de la paire est envoyé vers un analyseur local (Alice), l’autre vers le satellite. Un avantage important de cette approche est que le segment spatial est relativement simple, car la charge utile consiste essentiellement en l’analyseur de photons de Bob. Par conséquent, il peut être mis en œuvre dans un nanosatellite, NanoBob, qui adhère à la norme Cubesat. Il sera compatible avec une variété de protocoles de communication quantique, mais également avec des expériences de physique fondamentale, telle que la recherche de décohérence de l’intrication par la gravitation (i.e., l’interrelation entre la mécanique quantique et la relativité générale). Les résultats d’une étude de faisabilité et de définition de la mission récemment achevée ont été publiés dans une revue scientifique.
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Contact : Erik Kerstel

Voir en ligne : Kerstel E, Garedelain A, Barthelemy M, The CSUG Team, Fink M, Joshi S, Ursin R. Nanobob : A Cubesat Mission Concept For Quantum Communication Experiments In An Uplink Configuration. Eur. Phys. J-Quantum Tech. (2018)