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AXE 3 – Communications quantiques

Une des applications les plus matures des technologies quantiques concerne l’échange sécurisé d’information par le biais de communications quantiques, qui généralisent les méthodes de cryptographie quantique. Le fondement de cette sécurité repose sur le codage d’information dans des variables quantiques, auxquelles un espion ne peut accéder sans les modifier. L’objectif est de construire des réseaux de communication quantique étendus et hybrides (associant plusieurs plateformes physiques de support de l’information quantique et plusieurs types d’encodage) et d’y permettre des échanges sécurisés résistants à des attaques par des super-ordinateurs, classiques ou quantiques.

Pour cela, les recherches actuelles concernent tous les composants élémentaires d’un réseau quantique : les sources et la détection de photons et d’états intriqués, les mémoires quantiques, et les interfaces atomes-lumière utilisant des systèmes hybrides ou opto-mécaniques, utiles pour développer des répéteurs quantiques en vue de l’extension du réseau et l’amélioration des technologies existantes en cryptographie.

L’exemple le plus célèbre d’un avantage quantique est la distribution quantique de clés (en anglais QKD). Ce protocole permet l’échange d’un message secret entre deux interlocuteurs, avec un niveau de sécurité indépendant des capacités de calcul (même quantique) d’un espion éventuel, contrairement aux algorithmes cryptographiques utilisés dans les réseaux de communication actuels. A cause de son importance pour les applications, la QKD et plus généralement la cryptographie quantique se sont développées très rapidement ces dernières années, aussi bien théoriquement (preuves de sécurité, critères de validation des appareils) qu’expérimentalement (systèmes de plus en plus performants). Elle apparaît donc comme un précurseur pour les technologies quantiques, notamment pour la transition entre la recherche et les applications « sorties du laboratoire ». Dans ce domaine, la Région est très bien dotée avec des équipes évoluant à l’état de l’art mondial et d’excellentes synergies théorie-expérience et physique-informatique.

Figure 3 : Le stockage de l’information quantique est crucial pour le développement d’un réseau de communications quantiques. Un nuage d’atomes froids au voisinage d’une fibre optique étirée permet de stocker efficacement des bits quantiques.

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