Un protocole de cryptographie quantique intégrant une mémoire quantique

Les mémoires quantiques sont appelées à jouer un rôle central dans les futurs réseaux quantiques, car elles permettent de stocker et de restituer l’information à la demande. Si leur utilité pour la distribution d’intrication et les communications à longue distance est bien établie, leur potentiel dépasse largement ce cadre.

Ces recherches ont été menées dans les laboratoires CNRS suivants :

• Laboratoire Kastler Brossel (LKB, CNRS/Collège de France/ENS-PSL/Sorbonne Université)

• Laboratoire d’informatique (LIP6, CNRS/Sorbonne Université)

• Institut de recherche en informatique fondamentale (IRIF, CNRS/Université Paris Cité)

Des chercheurs et chercheuses viennent de démontrer pour la première fois qu’une mémoire quantique peut être intégrée dans un protocole de cryptographie. Cette démonstration est le résultat d’une collaboration fructueuse entre deux projets du PEPR quantique, le projet QMemo et le projet QCommTestBed.

Le protocole choisi est celui de la « monnaie quantique », proposé il y a près de quarante ans par Stephen Wiesner et garantissant une infalsifiabilité complète à des billets de banque utilisant ce protocole de validation. L’innovation majeure réside ici dans l’introduction d’une étape de stockage : la « carte quantique » du client est conservée dans une mémoire avant d’être utilisée. Les premières démonstrations de monnaie quantique étaient essentiellement des preuves de principe réalisées à la volée, sans étape de stockage. Or, pour qu’un billet ou une carte quantique puisse être utilisé effectivement — par exemple pour un paiement différé ou vérifié à distance — il est nécessaire d’intégrer une mémoire assurant la conservation temporaire des états quantiques. Ce résultat n’a été possible que grâce aux performances inédites de la mémoire mise en œuvre – un ensemble d’atomes de césium refroidis par laser – combinant une efficacité de stockage très élevée et un bruit extrêmement faible. Ces performances permettent de garantir les seuils de sécurité requis pour des applications futures, et qui étaient jusque là restées hors de portée.

Cette avancée montre que les mémoires quantiques ont désormais atteint un degré de maturité qui permet d’envisager leurs déploiement dans des applications concrètes. Elles ne se limitent plus à un rôle de préservation de l’information dans les répéteurs quantiques, mais deviennent, progressivement, des outils polyvalents pour les réseaux quantiques. Ces résultats sont publiés dans la revue Science Advances.