« Téléportation Scotty ! », ces mots célèbres sont ceux du Capitaine Kirk de la fameuse série Star Trek à la fin des années 60 à son ingénieur de vaisseau pour qu’il puisse le téléporter du vaisseau spatial Enterprise à une planète à explorer à proximité.
Si la téléportation de Kirk n’est pas pour demain, la physique quantique a montré que la téléportation est possible dans des conditions très particulières : pour de tout petits systèmes, comme la lumière, et s’ils sont bien « protégés ». La téléportation quantique est connue théoriquement depuis le début du XXe siècle, a été démontrée expérimentalement dans sa seconde moitié, et aujourd’hui, ce phénomène est utilisé pour des applications bien concrètes… et notamment pour développer ce que l’on appelle l’« Internet quantique ».
Nos télécommunications actuelles, dont Internet, reposent sur des échanges d’informations codées, qui transitent, souvent sur de la lumière, via des fibres optiques ou à l’air libre entre les antennes relais et les téléphones et jusqu’aux satellites en orbite autour de la Terre. Un Internet quantique utiliserait les propriétés quantiques de la lumière, et en particulier le fait de l’on peut « intriquer » les particules de lumière, ce qui permet de « téléporter » l’information que portent ces particules. Ces propriétés permettraient d’échanger des informations de manière cryptée et infalsifiable, ce qui a des applications en cryptographie et donc pour la cybersécurité.
Des communications quantiques cryptées peuvent à l’heure actuelle être maintenues sur une distance maximale d’une centaine de kilomètres – ce qui reste un peu court pour les télécoms mondiales… mais des solutions techniques sont en développement.
Crypter ses communications
Il existe de nos jours différents protocoles de cryptographie quantique et plusieurs entreprises et start-up sont sur ce marché de niche mais en pleine expansion.
Le but ultime de la cryptographie est de crypter ou cacher un message qui ne doit être lu que par la personne que nous avons en tête, appelons cette personne Bob. Pour cela, l’expéditrice, que l’on appelle Alice, doit générer une clé cryptée qu’elle pourra combiner à son message pour le cacher du reste du monde. Bob, de son côté, doit être le seul à avoir cette même clé pour pouvoir décrypter le message (il fera en fait l’opération inverse du cryptage d’Alice pour décrypter le message).
On commence par coder le message « Passe prendre le pain s’il te plaît » par une série de 1 et de 0, c’est le codage binaire. Puis on crypte le message en générant en parallèle de celui-ci, une clé cryptée faite également de 1 et de 0, et qui sera combinée au message. Mais ce système de cryptage possède plusieurs défauts si l’on veut qu’il soit sécurisé. Tout d’abord, il faut générer une clé qui soit aussi longue que le message (en termes de 1 et de 0), de façon le plus aléatoire possible – pour qu’on ne puisse pas la prédire – ce qui est possible mais à un coût économique et énergétique très grand.
Dans les faits, ces clés que l’on utilise ne sont pas complètement aléatoires. Et surtout, elles sont réutilisées en tout ou partie, ce qui pose de sérieuses questions de sécurité. Le deuxième souci technique de cette méthode est qu’elle suppose que la clé est partagée de façon sécurisée entre Alice et Bob à un moment donné. A minima, cela sous-entend qu’ils doivent se rencontrer de temps en temps pour se donner une série de clés cryptées pour leurs futurs échanges. Il existe plusieurs façons de crypter les messages mais en général, tous les systèmes classiques actuels de cryptage/décryptage vont souffrir de ces inconvénients.
C’est là que la cryptographie quantique peut apporter des solutions.
De l’intrication quantique à la distribution de clés cryptées
L’intrication quantique une forme de « super-corrélation » entre deux systèmes quantiques.
Prenons des pièces truquées de telle façon que si on lance ces deux pièces en même temps, le résultat sera toujours face/face. Il s’agit ici d’une corrélation.
Supposons à présent que les…
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Auteur: Christophe Couteau, Enseignant-chercheur en physique quantique, Université de Technologie de Troyes (UTT)
