La sécurité de l’intrication quantique, qui s’appuie sur les caractéristiques uniques de la physique quantique pour protéger les informations, est un domaine de pointe. Il surpasse les méthodes de cryptage traditionnelles et la sécurité vient des lois de la physique elle-même plutôt que de la complexité informatique. Dans les domaines de la finance, de la défense nationale et des communications, cette technologie indique que la transmission d'informations pourrait atteindre un niveau de sécurité sans précédent. Cependant, il ne s’agit pas d’une technologie mature. Des laboratoires théoriques aux applications pratiques, il reste encore confronté à de nombreux défis de taille aux niveaux technique et physique.
Comment la sécurité par intrication quantique sécurise les communications
L'intrication quantique est composée d'une connexion physique particulière. Une fois qu’une paire de particules est intriquée, quelle que soit leur distance, la mesure de l’état d’une particule déterminera instantanément l’état de l’autre particule. Cette corrélation a des caractéristiques inhérentes, présente une situation aléatoire et est indissociable. Toute tentative d’écouter les communications et de mesurer ces particules enchevêtrées provoquera inévitablement des interférences dans l’ensemble du système quantique.
Les parties communicantes légitimes, communément appelées Alice et Bob, remarqueront immédiatement cette interférence. Parce qu’ils peuvent vérifier si l’enchevêtrement est rompu en comparant des mesures partielles. Cette situation présentant les caractéristiques de « l'écoute clandestine doit laisser des traces » confère au processus de distribution de clés quantiques une sécurité inconditionnelle au niveau principal, ce qui ne peut être atteint par aucun protocole de communication classique.
Quel est le processus de base de la distribution des clés quantiques ?
L’objectif principal de la distribution de clés quantiques est de permettre aux deux parties communicantes de partager une chaîne de clés complètement aléatoires et connues d’elles seules. En prenant comme exemple le célèbre protocole BB84, l'expéditeur Alice sélectionne au hasard deux bases différentes pour préparer l'état quantique du photon, puis l'envoie au récepteur Bob. Bob sélectionne également au hasard une base de mesure.
Les deux parties utilisent un canal classique ouvert pour s'informer mutuellement des bases qu'elles utilisent, mais ne divulguent pas leur statut précis. Seuls les bits que les deux parties utilisent sur la même base seront conservés dans le cadre de la clé initiale. Ce processus garantit que même si la transmission est effectuée dans un canal quantique non sécurisé, le processus de génération de clé reste vérifiable.
Quels sont les défis pratiques de la sécurité de l’intrication quantique ?
En pratique, la sécurité parfaite au niveau théorique sera fortement négligée. Il existe un défi majeur : la perte de canal. Lorsque les signaux photoniques sont transmis dans des fibres optiques, ils décroissent de façon exponentielle avec la distance, ce qui limite considérablement le taux de génération de clé et la distance de communication. À l'heure actuelle, la distance de sécurité de transmission point à point par fibre optique sans relais est limitée à 100 kilomètres.
Un autre défi majeur réside dans les caractéristiques imparfaites du côté de la détection. Dans les situations réelles, l’équipement utilisé pour la détection d’un photon unique n’est pas assez efficace. Il existe des décomptes sombres, c'est-à-dire des faux déclenchements lorsqu'il n'y a pas de signal, et des problèmes associés tels que le temps mort. Les attaquants peuvent profiter des failles de ces appareils pour lancer des « attaques côté détection ». Par exemple, ils peuvent lancer une attaque aveugle pour rendre le détecteur inefficace, puis voler secrètement des informations pertinentes sans que les deux parties communiquant ne connaissent ces informations.
Comment les relais quantiques et les satellites étendent les réseaux
Les scientifiques ont proposé un système de relais quantique afin de dépasser la limite de distance. Ce schéma ne se contente pas d'amplifier et de transmettre la clé, mais utilise les technologies « d'échange d'intrication » et de « purification d'intrication » pour connecter plusieurs enchevêtrements à courte distance en enchevêtrements à longue distance. Cela équivaut à construire une « station relais » fiable en cours de route. Cependant, la sécurité ultime de l’ensemble du processus reste garantie par les principes de la mécanique quantique.
Une autre direction est l’espace libre et la communication quantique par satellite. La condition de vide dans l’espace entraîne une perte minime de photons. Le satellite chinois « Mozi » a réalisé avec succès des expériences de distribution de clés quantiques et d'intrication satellite-sol à l'échelle de milliers de kilomètres, ce qui constitue un moyen technique réalisable pour construire un réseau mondial de communication quantique.
Quelles sont ses perspectives d’application en combinaison avec la blockchain ?
En particulier pour les chaînes d’alliance et les chaînes privées qui ont des exigences de sécurité extrêmement élevées, la sécurité par intrication quantique fournit une nouvelle infrastructure de confiance pour la blockchain. Dans un environnement réseau blockchain, les nœuds peuvent créer des canaux sécurisés grâce à la distribution de clés quantiques. Ce canal peut synchroniser les données par blocs ou être utilisé pour transmettre des instructions de transaction sensibles.
Cette combinaison peut jouer un rôle défensif très efficace contre les « écoutes clandestines » et les « attaques de l'homme du milieu », garantissant ainsi la confidentialité et l'intégrité du processus de consensus et de la diffusion de l'information. À l’avenir, dans le scénario des transactions en monnaie numérique et dans les scénarios financiers de base tels que les paiements et la compensation transfrontaliers, la communication sécurisée quantique devrait devenir un élément clé pour garantir la sécurité de la liaison de données sous-jacente.
À quel stade de développement se trouve actuellement cette technologie ?
La technologie de communication quantique, qui en est aux premiers stades d’industrialisation, passe des démonstrations en laboratoire aux applications pratiques. Notre pays occupe une position de leader mondial dans ce domaine, construisant des réseaux de communication sécurisés quantiques à grande échelle tels que la « ligne principale Pékin-Shanghai », et mettant également en œuvre des applications de démonstration dans les banques, les réseaux électriques et d'autres secteurs. Des organisations telles que l'Union internationale des télécommunications ont également commencé à élaborer des normes pertinentes.
Cependant, il s’agit toujours d’une technologie coûteuse qui nécessite une infrastructure spécialisée. La mise en réseau est l'une des principales orientations de recherche à l'avenir. La miniaturisation est également l’une des principales orientations de recherche à l’avenir. Le faible coût est également l’une des principales orientations de recherche à l’avenir. À l’heure actuelle, il est plus adapté à la protection de données qui ont des exigences extrêmement élevées en matière de sécurité à long terme, comme les secrets d’État, les clés de transactions financières, etc. Il reste encore un long chemin à parcourir avant de pouvoir être popularisé auprès du grand public.
La sécurité garantie par l’intrication quantique dessine une image de l’avenir ultime et sûr pour nous. Cependant, le chemin vers cet avenir est semé d’embûches pratiques. Pensez-vous que, étant donné que l’informatique quantique constitue une menace pour le chiffrement classique, dans quel domaine clé cette technologie sera-t-elle d’abord popularisée à grande échelle (comme la défense nationale, les systèmes financiers centraux ou la protection de la vie privée) ? Bienvenue à partager votre point de vue dans la zone de commentaires. Si vous pensez que cet article est utile, n'hésitez pas à l'aimer et à le transmettre.
Laisser un commentaire