Chine : le satellite quantique qui fascine et inquiète

Publié Par Thierry Berthier, le dans Technologies

Par Thierry Berthier.

Mozi, un satellite laboratoire

Le 16 août 2016 à 1h40 – Une fusée chinoise Longue Marche 2D-Y32 décolle de son pas de tir de la base de Jiuquan située dans le désert de Gobi et place en orbite héliosynchrone à une altitude de 500 km, Mozi, le premier satellite de communication quantique.

Deux autres satellites seront également déployés durant le vol. Ce lancement réussi confirme une nouvelle fois la forte implication de la Chine dans le domaine spatial et sa volonté de devenir une nation technologique pionnière en matière de communication quantique satellitaire. Mozi porte le nom d’un philosophe chinois du Vème siècle avant JC. Il est issu du programme QUESS (Quantum Experiments at Space Scale – Expériences quantiques à l’échelle spatiale) supervisé conjointement par l’Agence Spatiale chinoise et le Centre National des Sciences Spatiales (NSSC) dans le cadre du programme prioritaire stratégique des sciences spatiales, lui même inscrit au 12e plan quinquennal de 2011.

Les objectifs et le budget de cette mission sont effectivement stratégiques puisqu’il s’agit d’expérimenter le premier déploiement d’un satellite civil réalisant des transmissions quantiques de clés cryptographiques sur de longues distances. Deux stations réceptrices au sol, distantes de 2500 km, ont été choisies pour communiquer avec Mozi, l’une située à Pékin et l’autre à Urumqi, la capitale de la région du Xinjiang. Mozi embarque un système de cryptage-décryptage quantique de plus de 500 kg constitué de dispositifs optiques et photoniques (miroirs semi-réfléchissants et lasers).

Le satellite devra s’orienter de manière extrêmement précise pour être en mesure de transmettre des données chiffrées à ces stations terrestres. Durant deux ans, les superviseurs de Mozi testeront la possibilité d’émettre, depuis l’un des deux sites terrestres, un signal lumineux laser (une suite de photons) contenant une clé de cryptage-décryptage quantique vers le satellite puis de transmettre à nouveau ce signal et sa clé cette fois depuis Mozi vers le second site au sol. Ce mode de transmission exploite les phénomènes de téléportation et d’intrication quantiques.

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Téléportation et intrication quantiques

En tant que protocole de communication, le concept de téléportation quantique s’appuie sur une propriété « étrange » de la mécanique quantique : l’intrication quantique. La téléportation quantique consiste à transférer l’état quantique d’un système (énergie cinétique, spin, fonction d’onde) vers un autre système en utilisant la propriété d’intrication quantique.

Intrication quantique – On parle d’intrication quantique lorsque deux particules élémentaires (le plus souvent des photons) se lient entre elles de telle sorte qu’un changement induit sur l’une des particules entraîne une modification équivalente sur l’autre particule, quelle que soit la distance séparant ces deux particules. Le couple formé par ces deux particules se comporte alors comme un tout dans une corrélation d’états indépendante de la distance les séparant.

Einstein décrivait ce phénomène comme une « action fantôme à distance » qui diffère de tout ce que la physique classique pouvait décrire. Il est assez facile de créer des contextes et des expériences d’intrication quantique en laboratoire, à l’échelle des particules (les physiciens savent le faire depuis de nombreuses années).

Il est par contre beaucoup plus difficile d’observer l’intrication à une échelle autre que celle des particules élémentaires1. Le phénomène d’intrication est « écrit » dans les équations de la mécanique quantique depuis près d’un siècle. Deux photons intriqués peuvent être considérés comme deux manifestations d’un seul et même objet capable de se délocaliser instantanément.

La corrélation non locale entre ces deux objets (des photons) fait qu’une action sur l’un engendre un effet immédiat sur l’autre, quelle que soit la distance de séparation. Il ne s’agit pas d’une propagation d’information entre les deux objets, processus qui pourrait violer les lois de relativité générale et contredire le principe de non dépassement de la vitesse de la lumière.

Téléportation quantique – Selon wikipédia :  » La téléportation quantique est un protocole de communications quantiques consistant à transférer l’état quantique d’un système vers un autre système similaire et séparé spatialement du premier en mettant à profit l’intrication quantique. Contrairement à ce que le nom laisse entendre, il ne s’agit donc pas de transfert de matière ni d’énergie. Le terme de téléportation quantique est utilisé pour souligner le fait que le processus est destructif : à l’issue de la téléportation, le premier système ne sera plus dans le même état qu’initialement. »

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Cette définition contient les éléments qui fondent la sécurité du système. Si Alice et Bob utilisent un système de communication quantique, Hector peut tenter d’intercepter le message mais sa simple observation modifiera le message transmis. L’émetteur et le récepteur seront également immédiatement informés de cette tentative d’interception.

Des expérimentations prometteuses

Des recherches intenses et des réalisations expérimentales de téléportation quantique se succèdent depuis 1997 (équipe du physicien autrichien Anton Zeilinger) en Autriche, en Suisse, en Chine, aux Etats-Unis (1998 – Caltech, H.J. Kimble & Akira Furusawa). En mai 2012, l’équipe de recherche d’Anton Zeilinger a présenté une expérimentation de téléportation quantique sur une distance de 143 km dans les îles Canaries entre La Palma et Tenerife.

Le précédent record de distance (97 km) était détenu par une équipe chinoise  et datait de janvier 2012. Le démonstrateur chinois a été capable de téléporter 1171 photons en quatre heures, avec une perte de 35 à 53 dB sur une distance de 97 km. Le démonstrateur autrichien a été en mesure de téléporter 605 photons en 6,5 heures avec une perte de 28 à 39 dB sur une distance de 143 km.

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Dès mars 2008, le projet Zeilinger sur l’intrication quantique pour des expériences spatiales démontrait la possibilité de l’échange d’un photon entre un satellite à faible orbite et un télescope terrestre dans le cadre d’une communication passive (le satellite n’étant équipé que d’un miroir sans source laser quantique…).

Du côté américain, le programme QUINES lancé par la DARPA en 20102 appelait à développer un démonstrateur de  « communication quantique macroscopique  qui pourrait combiner la sécurité des communications quantiques avec les distances et les taux de télécommunications macroscopiques. Les études proposées devraient définir des approches novatrices qui permettent des avancées révolutionnaires dans les communications quantiques sécurisées.

Les techniques actuelles de communication quantique sont très sensibles à la perte, avec une augmentation de perte conduisant à une baisse correspondante du taux de bits (10 dB de perte résulte en un facteur de diminution de 10 en débit sécurisé). Les programmes sélectionnés sont tenus de présenter une méthode pour le découplage de la perte de débit sécurisé. » Le programme Darpa fixait alors un objectif de transmission de clés quantiques sécurisées au taux de 1 à 10 Gigabits par seconde à des distances de 1000 à 10 000 km, sans perte…

L’idée sous-jacente était de démontrer que des communications quantiques sécurisées pouvaient s’établir efficacement dans différents milieux (espace et sous-marin). D’autres expérimentations ont montré qu’il était possible d’établir une communication quantique depuis un avion3.

Une compétition sino-américaine ?

En quelques années, la Chine a su devenir le principal concurrent technologique des États-Unis. C’est le cas dans de nombreux domaines comme par exemple celui du calcul haute performance avec la construction de supercalculateurs qui occupent le haut des classements de puissance.

Avec le lancement du satellite Mozi, la Chine espère devenir le leader mondial des communications quantiques satellitaires. L’Europe doit s’engager au plus vite dans un programme similaire. Elle dispose des moyens à la fois technologiques, humains et financiers nécessaires au lancement d’un satellite démonstrateur de communication quantique. Il ne lui manque que la volonté politique et la vision stratégique pour s’engager dans cette voie…

 

  1.  Sur l’intrication quantique – EPFL : http://actu.epfl.ch/news/l-intrication-quantique-enfin-tangible/

    http://www.unige.ch/communication/Campus/campus92/recherche3/3RE3.pdf

  2. Sur le programme QUINES de la Darpa :

    http://www.darpa.mil/program/quiness

    http://kiss.caltech.edu/study/quantum/report.pdf

    http://www2.nict.go.jp/wireless/spacelab/lasersatellitetech/icsos/icsos2012/pdf/1569657077.pdf

  3. Sur les expérimentations de communications quantiques (site Si Vis Pacem Para Bellum)  :

    http://si-vis.blogspot.fr/2013/04/communications-securisees-air-sol.html

    http://si-vis.blogspot.fr/2012/01/qkard-le-module-cryptographique-et.html

    http://si-vis.blogspot.fr/2014/11/lactuelle-bataille-des-cables-prefigure.html

  1. « L’Europe doit s’engager au plus vite dans un programme similaire ».
    Ben voyons ! L’Europe et la Chine, rappelons-le, ont collaboré pour les débuts du programme Galileo. Puis la Chine a compris ce que c’était qu’un Programme Européen, elle s’est retirée et a lancé BeiDou qui est aujourd’hui largement en avance sur Galileo.

    1. Oui, à quoi ça sert en plus de réinventer la roue ?
      On ne peut pas être sur toutes les innovations, il est parfois préférable de payer une licence de fabrication ou d’utilisation : cf la gabegie des moyens dans le domaine militaire Rafale, chars, missiles, transport de troupe, hélico, armes. Quand on fait trop; on s’éparpille, on ne fait rien de bien et ça coûte un bras.

      1. Oui, il fallait acheter le F-35, qu’est-ce que les Français sont cons !

        Et bien sûr les Chinois vont vous vendre les plans de leurs satellites de communication les plus sophistiqués …

        Les libéraux ne comprennent toujours pas que la sécurité prime sur les coûts dans le domaine militaire.

        Dire que leur « génie », tocard par excellence, nommé Revel nous traitant d’imbéciles parce que la France développait des armes nucléaires et se voulait une nation indépendante.

        Désolé mais les « avantages comparatifs », on s’en tamponne le coquillard, on ne peut dépendre des USA ou de la Chine pour la maintenance, la technologie … dans le domaine militaire.

        Quel drôle de libéraux, on veut être libre, mais il faut que vous soyez esclaves des Américains …

        1. La sécurité n’est plus celle d’il y a un siècle. Développer à grands frais son propre armement, sa propre électronique, sa propre recherche scientifique, ses propres systèmes n’a pas de sens, et encore moins pour un assemblage hétéroclite de nations dont la plus belliqueuse est en faillite virtuelle malgré ses ventes d’armement.

          Les techniques de positionnement par satellite ou de cryptographie moderne sont publiques, il ne sert à rien d’en protéger ou voler les plans, seuls comptent le secret de la clé et le retour d’expérience. Le reste, en bon f[F]rançais, s’appelle « péter plus haut que son cul ». Vit-on moins en sécurité aux Pays-Bas, au Danemark ou en Suisse qu’en France ?

          Ce que les libéraux comprennent très bien, c’est que la sécurité ne peut s’obtenir ni en dépensant à tort et à travers, ni en se comportant en roquet hargneux et gueulard envers le reste du monde. La sécurité s’obtient d’abord, et les Chinois l’ont bien compris, en favorisant les échanges commerciaux volontaires et en créant des dépendances client-commerçant plutôt qu’en faisant de la gonflette et en faisant rouler — à crédit — ses biceps à tous les coins de rue en Afrique ou au Moyen-orient.

          1. @MichelO : C’est une image « d’enfant de cœur » que vous exposez là… Vous savez très bien que la compétition est mondiale dans le domaine de l’armement comme dans d’autres domaines technologiques. Concernant la sécurité des communications, nous entrons dans l’ére post-quantique avec tout ce que cela implique de protocoles à renforcer ou à abandonner à court terme. Le chantier est important et critique (finance, commerce, défense etc…) . Ne pas être présent sur des segments touchant à la sécurité (et la souveraineté) nationale serait irresponsable de la part des membres de l’UE. On doit attendre au contraire (ou espérer) un sursaut de vision stratégique de la part de Bruxelles car les enjeux sont considérables.

            1. Quand je lis « ère post-quantique », je mets la main pour protéger mon porte-feuille 🙂
              Ce que j’ai compris de la cryptographie quantique, c’est qu’elle rendrait parfaitement impossible de casser le code, au prix d’un coût de chiffrement (et de déchiffrement) qui pour le moment est inabordable pour 95% voire 100% des budgets nationaux. Pourquoi devrions nous nous lancer dans ces recherches si nous n’en avons pas les moyens ? Pourquoi devrions-nous utiliser une structure ouverte à tous les vents et inremuable, l’UE, pour essayer de rattraper ceux qui prennent de l’avance sur nous ? Qu’est-ce qui vous fait croire que Mozi n’est pas juste destiné à nous faire miser si gros sur le cryptage quantique que nous en serons ruinés sans jamais pouvoir l’implémenter chez nous ?
              La question n’est pas de savoir si notre absence dans un domaine « d’avenir » serait « irresponsable », mais si notre présence y est susceptible d’avoir le moindre effet positif pour nous.

              1. Pour l’instant, la Chine n’a qu’un seul compétiteur : le concurrent américain. Si demain, l’Europe de la technologie et l’Europe de la Défense devenaient une réalité alors la Chine en aurait un second mais ce n’est pas encore le cas. Il ne faut pas raisonner en terme strictement économique sur des programmes technologiques stratégiques engageant la sécurité et la souveraineté nationale mais en terme de gain d’indépendance face aux acteurs dominants.

              2. Sérieux ? Vous acheteriez vos équipements de cryptos aux américains ou aux chinois ? 😁
                Histoire fiction, et si les allemands avaient acheté leur machine Enigma à Churchill directement ?

                1. J’imagine bien la Chine et les USA leur vendent des satellites potentiellement indéchiffrable pendant qu’ils dépensent de gros montants pour déchiffrer toutes leurs conversations.

                  Plutôt que Proudhon, citons Lénine :

                  « Les bourgeois sont si cupides qu’ils nous vendrons la corde avec laquelle nous les pendrons »

                2. Le chiffre français fonctionne avec des algorithmes français implémentés sur des puces françaises dans des usines françaises ?

                  1. Vous devriez proposer à l’armée française de mettre en concurrence les américains et les chinois pour la crypto, je suis certain qu’ils sont tous prêt à faire un très bon prix ! 😉 Avec la télémaintenance gratuite en plus !

                    1. Jolie pirouette ! Si vous voulez une bonne crypto, prenez les algorithmes du domaine public, les circuits et processeurs du commerce, et occupez-vous plutôt de vérifier que vous choisissez des clés de taille et complexité suffisantes et que la femme de ménage n’a pas laissé de micro pointé sur votre PC. La plus grande faille n’est pas chez le concepteur de la crypto, elle est à 75 cm du clavier et de l’écran…

                    2. La plus grande faille

                      Parfois un Post-it sur l’écran. Alors le quantique, c’est la bombe atomique pour écraser une mouche… Délirant.

                3. Histoire fiction, et si les allemands avaient acheté leur machine Enigma à Churchill directement ?

                  Mais c’est ce que nous faisons actuellement ❗ Serveurs, routeurs made in China ou US avec pleins de backdoors.

                  À quoi bon être souverain, à prix d’or, si l’on ne l’est pas sur toute la chaîne ❓

            2. Le chantier est important et critique (finance, commerce…

              Pas glop, pas glop ❗ Ah parce que vous croyez que la NSA, même la française va refuser de mettre son groin dans les affaires commerciales et surtout bancaires ❓ Sans parler des secrets technologiques, par exemple les chinois ne se sont pa gênés… ❓ A l’heure ou ces charlots espère implanter des systèmes cryptographiques avec des backdoors ❓ L’heure est à ce que l’innocent soit bien surveillé, mais le criminel a des droits à respecter…

              Une société suisse propose déjà des routeurs quantiques. Pourquoi ne pas les utiliser ❓

          2. Pays-Bas ? Danemark ? Belgique ? ils ont été en super sécurité en 1939…

            1. Tandis que la France, derrière sa ligne Maginot et pourvue de tous ses boutons de guêtres…

              1. Ils avaient aussi bien désarmé dans les années 30

        2. @no-life

          Oui, il fallait acheter le F-35, qu’est-ce que les Français sont cons !

          Bah au moins quand on achète un matériel sur catalogue on peut annuler la commande s’il coûte 3 fois le prix, ne respecte pas les caractéristiques techniques et a 10 ans de retard de livraison.

          Les libéraux ne comprennent toujours pas que la sécurité prime sur les coûts dans le domaine militaire.

          Un équipement militaire c’est une carcasse, des équipements mécaniques et des équipements électroniques.
          Voir la solution adoptée par les Australiens en se fournissant en france pour la partie conventionnelle et aux USA pour toute la partie tactique.

          Quel drôle de libéraux, on veut être libre, mais il faut que vous soyez esclaves des Américains …

          Avant d’avoir des armes il faut avoir des alliés car seul contre tous, même équipé comme des un porte-avions avec des flingues de concours, ça ne va pas le faire.

          Il vous échappe qu’on ne peut absolument pas pour de simples raisons financières tout fabriquer soi-même. Pour rappel, ce sont les américains qui nous ont apporté leur aide lors de l’intervention au Mali pour TOUTE la logistique car on n’a très peu de moyens de ce coté là.
          Par exemple sur 5 hélicos seuls 2 étaient opérationnels au Mali car les moteurs devaient être changés toutes les 60h vs 3000h prévus. A400M non opérationnel. Pas de ravitailleurs d’hélicos, pas d’hélico type Chinook. En achetant plus de la moitié sur catalogue on serait sûrement mieux équipé.

          Là sur le sujet du satellite quantique c’est juste de la faisabilité de la transmission longue distance dont il s’agit, aucun risque d’être en retard sur la technologie.

      2. Vous n’êtes pas au courant des exportations chaque année plus importante pour ces équipements ? La France ne sera plus jamais exportatrice de trombones, il faut vous y faire.

        1. D’après les nouvelles d’aujourd’hui, de sous-marins Scorpene non-plus !

          1. L’affaire des Scorpenes montre à quel point il faut se méfier de tout le monde justement, particulièrement dans le domaine de la défense. Aussi il est certain que quand on ne vend rien on a pas de.problemes…

            1. Mouais, là il s’agissait surtout de se méfier de soi-même avant de se méfier des autres.

              1. Il faut aussi se méfier du client… Et on notera qu’une liaison cryptée inviolable n’aurait rien changé à l’affaire.

  2. Ne plus être maître de ses clés c’est évidemment être à la merci des puissants.

    1. Faire de la serrurerie en amateur solitaire a déjà conduit certain à perdre la tête, tout puissant qu’il se croyait…

      1. Ce serait embêtant que les chinois aient les clés pour ouvrir les portes de nos sous-marins ;-))

  3. il y aurait encore des secrets à protéger , ha ha ha
    je doute que les chinois s’amusent a des choses aussi futiles

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