Lien de cryptographie quantique haut-débit en champ réel – LIGHT

Le déploiement de réseaux de communication quantique représente un défi auquel le projet LIGHT apporte des solutions originales. Son application principale, la distribution quantique de clef (QKD), offre la garantie d'une sécurité inconditionnelle en s'appuyant sur le principe d'indétermination de Heisenberg et sur le théorème de non-clonage. Dans ce contexte, parmi les éléments requis se trouvent des sources des photons uniques et des sources de paires de photons compatibles avec le standard des télécommunications fibrées capable de fonctionner à très haut débit. En effet, la majeure partie des preuves de sécurité s’appuient sur l'utilisation de véritables sources de photons uniques qui s'avèrent être les pièces maîtresses pour le développement de réseaux quantiques où l’intrication est distribuée à grande échelle et haut débit.
Dans cette perspective, LIGHT vise à développer à l’échelle française un lien de communication terrestre inviolable combinant des technologies quantiques complémentaires, à savoir des sources innovantes de photons uniques haut-débit associés à des sources non-linéaires de paires de photons intriqués. Pour cela, LIGHT rassemble les meilleures équipes au niveau national et international dans le développement des sources de photons uniques (C2N), des communications quantiques compatibles télécom (INPHYNI) et la première société au niveau international commercialisant des sources de photons uniques efficaces (QUANDELA). La synergie des compétences s'exprimera au travers le développement d'une source de photons uniques compacte, efficace et compatible avec une exploitation dans le domaine de télécommunication et son implémentation au sein d'un lien opérationnel de cryptographie quantique en champ réel (30km), fonctionnant à haut débit. Dans un second temps, la mise en place, le long du même tronçon de fibres, un relais quantique basé sur un protocole avancé de téléportation d'états sera démontré dans le cadre d'une preuve de principe sur un réseau trois points couvrant 30km.
Plusieurs défis technologiques et conceptuels seront donc relevés au cours du projet.
1 - La création d'une source semi-conductrice de photons uniques à 900nm présentant une brillance supérieure à 90%, une statistique sub-poissonnienne g(2)(0) inférieur à 10-3 et cadencé 300MHz plus d’un facteur 50 supérieur à l'état de l'art actuel.
2 - La création d'une interface en longueur d'onde, sous la forme d'une puce optique sur niobate de lithium, permettant de convertir les photons au standard des télécommunications avec une efficacité globale supérieure à 50 %.
3 - La distribution quantique d'une clef secrète au sein d'un réseau de fibre existant sur la Côte d'azur via un lien direct ou au travers un protocole de relais quantique en s'appuyant sur des paires de photons intriquées déjà déployées entre plusieurs nœuds.
Chacun de ces résultats constituera une première scientifique et technologique au niveau international. En combinant la technologie de rupture des sources de photons uniques à base de boîtes quantiques avec la conversion de fréquence sur puce, nous apporterons la première technologie de sources photons uniques efficaces pour les communications quantiques à haut débit. LIGHT porte donc une avancée technologique majeure pour le développement futur des réseaux quantiques en joignant l’expertise d’équipes de renommée internationale.
Enfin, en travaillant en collaboration étroite avec Quandela, société commercialisant des sources de photons uniques efficaces, LIGHT s’assure que les développements technologiques sont compatibles avec un transfert industriel. LIGHT constitue donc la première étape pour doter la France d’une technologie clé pour les communications quantiques grande échelle.