Colloque

Communication quantique et cryptographie quantique par fibres optiques sous le lac de Genève

Nicolas Gisin

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Nicolas Gisin

Résumé du colloque

La mécanique quantique est connue pour être contre intuitive, voire même bizarre. Pourtant, elle peut aussi être utile pour certaines applications. La cryptographie quantique pourrait être la première application de la mécanique quantique au niveau des quanta individuels. Elle se base sur les relations d'incertitudes de Heisenberg pour garantir la confidentialité absolue d'une communication. Cette façon de tourner une limite apparente, telle que les relations d'incertitudes, en un avantage pratique, tel des communications à la confidentialité garantie, est une caractéristique d'un nouveau domaine de la physique : le traitement quantique de l'information. La cryptographie quantique est basée sur une idée très simple que nous illustrerons avec l'exemple de photons. Les deux partenaires, Alice et Bob, échangent des bits aléatoires encodés dans des photons individuels polarisés soit linéaire verticale (bit 1), soit horizontale (bit 0), soit encore circulaire gauche (bit 1) ou droite (bit 0). Comme il est impossible de distinguer ces 4 états de façon non ambiguë, tout espion essayant de lire les bits perturbera ceux-ci. Cela est une conséquence directe de l'axiome de base de la mécanique quantique affirmant que toute mesure quantique perturbe le système. Ainsi, Alice et Bob peuvent détecter la présence d'un espion en vérifiant que la communication a lieu sans perturbation : s'il n'y a pas de perturbation, Alice et Bob peuvent être certains qu'aucune mesure n'a été effectuée et que donc aucun indiscret n'est intervenu. Par contre, en cas de perturbation, la confidentialité n'est plus garantie, mais jusqu'à un certain niveau de perturbation Alice et Bob peuvent encore utiliser leurs bits à l'aide d'algorithmes cryptographiques élaborés. Dans cette présentation nous discuterons des problèmes pratiques et de certaines solutions pour réaliser des communications par photons uniques, aussi bien codés en polarisation qu'en phase. En particulier un principe interférométrique de grande stabilité sera présenté. L'usage d'une configuration en aller-retour avec multiplexage temporel et usage de miroir de Faraday facilite grandement l'alignement de ce type d'interféromètre, d'où la dénomination de "Plug & Play" qui lui a été donné. Des résultats expérimentaux complèteront la présentation des principes, en particulier sur un câble télécom de 23 km sous le lac de Genève. La visibilité des franges d'interférence reste supérieure à 99.8 % pendant des jours, permettant une distribution continue de "clé quantique". La simplicité et la stabilité de cette configuration interférométrique démontrent la faisabilité d'un prototype commercial basée sur l'optique quantique et les fibres optiques.

Contexte

Section :

Optique guidée et photonique 6

Thème du colloque :

Optique guidée et photonique 6

Hôte : Université de Montréal

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Titre du colloque :

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