Stuttgart réalise une QKD à intrication à partir d’une boîte quantique sur une fibre déployée du campus

Une équipe menée par Stuttgart a généré 14,2 Mbit de clé sûre sur 1,59 km de fibre du campus avec des photons intriqués issus d’une boîte quantique convertis en bande télécom.

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Une équipe menée par l’Université de Stuttgart a réalisé une distribution quantique de clés (QKD) fondée sur l’intrication sur une liaison fibre installée, à partir de photons émis par une boîte quantique semi-conductrice plutôt que par les lasers atténués ou les cristaux non linéaires qu’utilisent la plupart des systèmes de terrain. Dans une prépublication intitulée Deployed entanglement-based BBM92 quantum key distribution using frequency-converted photons emitted by a quantum dot, mise en ligne le 27 octobre, les 17 auteurs font état d’un débit de clé sûre de 206 Hz maintenu pendant 19 heures à travers le campus de Stuttgart-Vaihingen.

Ce qui a été annoncé

Selon le résumé, la liaison couvrait 1,59 km de fibre déployée sur le terrain et a produit au total 14,2 Mbit de clé sûre, que l’équipe a utilisés pour chiffrer puis déchiffrer une image en couleur. Quantum Computing Report indique que la collaboration associait aussi l’Université de la Sarre et le Leibniz IFW Dresden, et décrit le chiffrement de l’image comme un masque jetable (one-time pad).

Les détails techniques

La source est une boîte quantique en arséniure de gallium obtenue par gravure par gouttelettes (droplet-etched), qui émet des paires de photons intriqués en polarisation vers 780 nm, excitée à une cadence de 1 GHz. Cette longueur d’onde se propageant mal dans la fibre télécom standard, l’équipe a eu recours à la conversion quantique de fréquence pour transférer un photon de chaque paire dans la bande télécom tout en préservant l’intrication en polarisation. Selon QCR, la conversion a fait passer les photons de 779,8 nm à 1515 nm dans un convertisseur de type Sagnac d’une efficacité interne allant jusqu’à 50 %.

Autres chiffres rapportés par QCR :

une fidélité de 91,4 % à l’état de Bell visé, dans une fenêtre de coïncidence de 275 picosecondes ;
une perte totale de 1,09 dB sur la liaison fibre, qui relie un laboratoire à une baie de réception située ailleurs sur le campus, avec suivi motorisé de la polarisation ;
un débit de clé brute de 504 Hz et un débit sûr de 206 Hz, avec un taux d’erreur quantique moyen de 4,70 %, sous la limite de 11 % du protocole BBM92 ;
une correction d’erreurs par blocs LDPC de 5 000 bits et une amplification de confidentialité par hachage de Toeplitz.

QCR précise que des contrôles de polarisation horaires, effectués avec des lames d’onde motorisées, ont maintenu la liaison stable pendant les 19 heures, de légères baisses de débit étant imputées à la dérive thermique d’un filtre à bande étroite.

Pourquoi c’est important

Les boîtes quantiques peuvent émettre des photons à la demande, ce qui évite un compromis fondamental des sources à laser et à cristal entre luminosité et émissions multiphotoniques indésirables. Leur point faible était la longueur d’onde. Les auteurs estiment que l’expérience montre qu’une source brillante de photons intriqués fonctionnant à haute cadence, un convertisseur de fréquence efficace et une synchronisation temporelle à la picoseconde peuvent opérer ensemble sur un réseau réel déployé, un pas vers les réseaux quantiques hybrides.

Ce qu’il faut surveiller

Les résultats sont une prépublication, pas encore évaluée par les pairs. La distance reste à l’échelle d’un campus. Reste à savoir si l’approche tient sur des distances métropolitaines et des réseaux à plusieurs nœuds, et si les débits de clé sûre peuvent augmenter à mesure que l’efficacité de la source et du convertisseur progresse.