DOSSIER
Communications quantiques
Figure 1 . Schéma expérimental et étapes d ’ un protocole implémenté dans un système CV-QKD moderne [ 4 ]. Le traitement numérique du signal joue un rôle primordial pour la stabilité et performance du système . Les étapes de 5 à 7 suivent l ’ échange des états quantiques et visent l ’ extraction de la clé secrète finale . Le dispositif expérimental est constitué des composants des télécommunications standards . Le MBC ( Contrôleur de Bias du Modulateur ) permet d ’ asservir le modulateur sur son point de fonctionnement . Pour simplifier , le détecteur omet les équipements de calibration et de compensation de la polarisation .
créer avec un laser et à moduler en quadrature avec des dispositifs disponibles commercialement ; de l ’ autre , la détection de quadratures peut s ’ effectuer de manière efficace et à température ambiante avec des détecteurs balancés , eux aussi commercialement disponibles . De manière globale , le schéma de communication pour la CV-QKD est comparable à celui des communications cohérentes classiques , ce qui permet d ’ utiliser un certain nombre de composants et d ’ outils d ’ une grande maturité technologique .
LA DISTRIBUTION QUANTIQUE DE CLÉ À VARIABLES CONTINUES La CV-QKD a été proposée pour la première fois en 1999 , avec l ’ encodage de l ’ information sur l ’ amplitude et la phase d ’ états comprimés . En 2002 , Grosshans et Grangier proposent un protocole dont l ’ encodage est basé cette fois sur les quadratures d ’ états cohérents , bien plus simples à générer [ 3 ]. Ces deux protocoles se basent alors sur la mesure d ' une unique quadrature , et en 2004 , Weedbrook et co-auteurs proposent de mesurer les deux quadratures pour augmenter l ’ information partagée . Bien que d ’ autres propositions aient été faites par la suite , comme par exemple de mesurer les deux quadratures d ’ états comprimés , d ’ utiliser des états thermiques ou une communication à deux sens , ou encore des versions indépendantes des systèmes de mesure , nous allons nous concentrer par la suite sur le protocole basé sur les états cohérents et la détection double-quadrature qui
DV-QKD est conceptuellement simple et est utilisé largement dans des systèmes actuels . Un exemple d ’ un montage expérimental d ’ un tel système est montré dans la figure 1 .
Une intuition du protocole peut être donnée en observant la figure 2 .
Alice , sur la gauche , envoie un des quatre états cohérents , représentés par la croix et le bruit quantique intrinsèque sur les quadratures en rouge . L ’ amplitude A est reliée au nombre de photons moyens dans les états . Lorsque l ’ état est transmis à Bob , il y a , d ’ une part , une perte de photons ( les valeurs moyennes se compressent alors vers l ’ origine , effet non représenté sur la figure ) et un bruit en excès se rajoute au bruit quantique ( interaction avec l ’ environnement , attaque par un adversaire , bruit de préparation ou de mesure ...). En réalisant un grand nombre de mesures et en comparant ses résultats avec une partie des valeurs d ’ Alice , Bob peut estimer le facteur de perte du canal et le bruit en excès . Ces derniers peuvent alors être utilisés pour borner l ’ information récupérée par un espion , en faisant l ’ hypothèse pessimiste que toutes les pertes et tout le bruit sont dus à cet espion . Il est intuitif de voir que l ’ amplitude va avoir un effet sur les performances du protocole : si elle est trop élevée ,
Table 1 . Caractéristiques principales de protocoles de distribution quantique de clés à variables discrètes et continues .
Encodage Qubits ( ou qudits ) Dimension 2 ( ou n ∈ N *)
Détection
Source
Résilience aux pertes
Détecteurs de photons uniques Bande passante : 100 MHz - 1GHz Efficacité modérée ou nécessite du refroidissement cryogénique Équipement spécialisé Haut coût énergétique
Photons uniques ou Impulsion cohérente faible ( états leurres )
Résilience plus importante Record : 421 km
CV-QKD
Quadratures Dimension ∙
Détecteurs balancés ( photodiodes standards ) Bande passante : 1 GHz – 100 GHz Bonne efficacité à température ambiante Équipement télécom standard Faible coût énergétique
États cohérents ( ou états comprimés )
Résilience moins importante Record : 202.81 km
Post-traitement Post-traitement simple Post-traitement avancé Intégrabilité sur puces
Transmetteur : démontré Récepteur : partiellement démontré
Transmetteur : démontré Récepteur : démontré
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