Propulsion des données chiffrées en 4-D vers d’impressionnants nouveaux sommets

Publié le jeudi 24 août 2017

Ebrahim Karimi, Robert Fickler, Frédéric Bouchard, Khabat Hashemi, Alicia Sitand et Hugo Larocque.

Ebrahim Karimi et son équipe : Robert Fickler, Frédéric Bouchard, Khabat Hashemi, Alicia Sit et Hugo Larocque.

Si vous vous promeniez sur le campus en novembre dernier en regardant le ciel, vous avez peut-être aperçu des chercheurs de l’Université d’Ottawa en train de lancer le premier message quantique sécurisé contenant plus d’un bit d’information par photon dans l’air au-dessus d’une ville.

Cette démonstration par le chercheur principal Ebrahim Karimi et son équipe a démontré qu’il pourrait un jour s’avérer pratique de créer un lien hautement sécurisé entre les réseaux terrestres et les satellites, une exigence pour créer un réseau quantique chiffré mondial.

« Notre travail est le premier qui permet d’envoyer des messages de façon sécurisée en utilisant le chiffrage quantique à dimensions élevées dans des conditions urbaines réalistes, y compris la turbulence », explique Ebrahim Karimi, qui a choisi une image du Parlement du Canada comme message à chiffrer et envoyer. « Le mécanisme de communication sécurisée à espace libre que nous avons démontré pourrait éventuellement relier la Terre aux satellites, permettre la connexion sécurisée avec des endroits où il est trop coûteux d’installer de la fibre ou accommoder des communications chiffrées avec des objets qui bougent, comme un avion ».

Le chiffrage quantique utilise des photons pour encoder de l’information sous forme de bits quantiques. Dans sa forme la plus simple, appelée chiffrage 2-D, chaque photon encode un bit, soit un 1 ou un 0. Les scientifiques ont démontré qu’un seul photon peut encoder encore plus d’information — un concept appelé chiffrage quantique à dimensions élevées — mais jusqu’ici, ils n’avaient pas réussi à le démontrer dans le cas de la communication optique en espace libre dans des conditions réelles.

Comme mentionné dans Optica, la revue de l’Optical Society consacrée aux recherches à grand impact, les chercheurs ont démontré le chiffrage quantique en 4-D au-dessus d’un réseau optique en espace libre s’étalant sur deux édifices à une distance de 300 mètres l’un de l’autre à l’Université d’Ottawa. Ce mécanisme de chiffrage à dimensions élevées est appelé 4-D parce que chaque photon encode 2 bits d’information qui crée quatre possibilités : 01, 10, 00 ou 11.

Essais dans des conditions réelles

Pour la tenue des essais, les chercheurs ont installé l’équipement optique de leurs laboratoires sur deux toitures différentes et ont recouvert l’équipement avec des boîtes en bois pour le protéger contre les éléments. Après beaucoup d’essais et d’erreurs, ils ont réussi à envoyer des messages sécurisés avec chiffrage quantique en 4-D à travers leur lien intra-urbain.

« Après avoir installé de l’équipement, qui serait normalement utilisé dans un laboratoire propre et isolé, sur des toits exposés aux éléments et sans isolement contre les vibrations, il était très satisfaisant d’observer des résultats indiquant que nous pouvions transmettre des données sécurisées », a expliqué Alicia Sit, une étudiante de premier cycle affectée au laboratoire de Ebrahim Karimi.

Dans le cadre de la prochaine étape, les chercheurs comptent enchâsser leur mécanisme dans un réseau comprenant trois liens à distance de 5,6 kilomètres environ l’un de l’autre, et qui utilise une technologie d’optiques adaptées afin de contrecarrer la turbulence. Ils veulent éventuellement relier ce réseau à un qui existe déjà en ville. « Notre objectif à long terme, c’est d’arriver à implanter un réseau de communication quantique avec de multiples liens, mais en utilisant des dimensions plus élevées que le 4-D et tout en essayant de contourner la turbulence », a ajouté Alicia Sit.

Karimi et son équipe collaborent étroitement avec Robert Boyd, Gerd Leuchs et Christoph Marquardt au Max Planck-uOttawa Centre for Extreme and Quantum Photonics.

 

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