Centre spatial universitaire de Grenoble

Piloté par le Centre Spatial Universitaire de Grenoble (CSUG), ce projet a pour objectif de développer, en collaboration avec l’l'Institut d'Optique Quantique et d'Information Quantique de Vienne et une douzaine d'autres partenaires, dont notamment l’Institut de Physique de l‘université de Nice (INPHYNI) et Thales Alenia Space France (TAS-F), un nanosatellite qui vise à démontrer la faisabilité d’une communication quantique sécurisée avec terminal spatiale de type CubeSat.
La sécurité des techniques cryptographiques actuelles repose sur la complexité des algorithmes numériques. A cet égard, l'arrivée éminente de l'ordinateur quantique constitue une menace sérieuse car il sera possible de résoudre de tels problèmes plus rapidement de plusieurs ordres de grandeur (le premier code quantique a été écrit en 1994). L’utilisation d’une seule clé unique, est la seule manière connue qui permet de contourner ce problème, mais la distribution de la clé entre deux parties (Alice et Bob) reste vulnérable aux attaques par une tierce partie (Eve). Cette dernière préoccupation est traitée par des méthodes de distribution de clé quantique (QKD). Les protocoles les plus avancés utilisent des photons intriqués (générés en paires corrélées), avec l'information quantique codée dans leur état de polarisation. Les lois de la mécanique quantique imposent que les propriétés d'un photon individuel ne puissent être mesurées sans impact sur son état, rendant l'échange théoriquement insensible aux écoutes : un test statistique quantique (le test de Bell) peut être utilisé pour certifier la nature quantique du lien et, par conséquent, la sécurité du canal de communication. De tels systèmes ont été implémentés en fibre optique et ont déjà été commercialisés. Cependant, sur Terre, la transmission par fibre optique ou en espace libre est limitée à environ 100 km (à cause des pertes optiques ou de la courbure de la Terre), sauf si des stations relais de confiance (« trusted nodes ») sont utilisées. Aller dans l'espace permet d'augmenter cette distance à l'échelle mondiale avec un seul relais satellite de confiance.

Le projet formulé initialement par notre consortium mettait la source des photons intriqués dans la station sol optique. Un des photons de la paire est envoyé vers un analyseur local (Alice), l’autre vers le satellite. Un avantage important de cette approche est que le segment spatial est relativement simple, car la charge utile est essentiellement constituée de l’analyseur de photons de Bob. Par conséquent, il peut être mis en œuvre dans un nanosatellite, NanoBob, qui adhère à la norme Cubesat. En plus, la configuration est compatible avec une variété de protocoles de communication quantique, mais également avec des expériences de physique fondamentale, telle que la recherche de décohérence de l’intrication par la gravitation (i.e., l'interrelation entre la mécanique quantique et la relativité générale). Les résultats d'une étude de faisabilité et de définition de la mission ont été publiés dans une revue scientifique [Ker2018].

Le CSUG est actuellement engagé dans un projet plus ambitieux, financé par l'Agence spatiale française CNES, et dont TAS-F est le partenaire principal, qui étudie les exigences et les spécifications d'un futur réseau d'information quantique comprenant une ou plusieurs liaisons spatiales (RIQS) [Par2022]. NanoBob ou son successeur pourrait réapparaître dans ce contexte comme un démonstrateur en orbite.