Communications quantiques par satellite entre le Canada et l’Europe
Thomas Jennewein, professeur à la University of Waterloo, vise haut et loin : il pense à la conception d’un satellite quantique qui serait en orbite loin au-dessus de la Terre et qui permettrait des communications quantiques sécurisées entre le Canada et l’Europe. Une nouvelle initiative de collaboration dans le cadre du projet HyperSpace prévoit en effet l’établissement de connexions quantiques sécurisées qui traverseraient l’océan Atlantique.
Cette nouvelle initiative de collaboration de trois ans entre des chercheuses et chercheurs et des partenaires financiers du Canada et de l’Europe, dont fait partie l’équipe de M. Jennewein à la University of Waterloo, a pour objectif de concrétiser ce rêve. Les responsables de l’initiative veulent notamment démontrer la faisabilité d’une liaison quantique transatlantique par satellite qui permettrait de distribuer des photons intriqués de diverses manières entre des stations de communication quantique situées en sol canadien et en sol européen. Les équipes se concentreront sur la recherche dans le domaine de la photonique quantique intégrée et des communications spatiales optiques, notamment sur de nouveaux protocoles et des technologies de liaison quantique.
« À la fin du projet HyperSpace, nous voulons que l’architecture de la mission soit prête, afin de présenter un guide pratique pour une mission de communication quantique par satellite entre l’Union européenne et le Canada », explique M. Jennewein, professeur au département de physique et d’astronomie de l’Institute for Quantum Computing. « Nous voulons déterminer les éventuelles entraves sur le plan technologique afin d’axer nos efforts sur ces questions lorsque nous travaillerons à faire de ce futur satellite une réalité. »
La distribution d’intrication est un élément crucial pour la construction du futur « Internet quantique », un réseau mondial sécurisé de communication quantique. Le satellite HyperSpace agira comme un nœud permettant l’établissement de deux liaisons grâce à la présence de deux télescopes indépendants à bord. Il sera ainsi possible de distribuer simultanément des photons intriqués entre des stations terrestres quantiques très éloignées les unes des autres. D’un point de vue logistique, pour que le satellite HyperSpace puisse assurer une liaison transatlantique, il doit avoir une orbite élevée, ce qui signifie que les photons risquent fort de se perdre lors de leur déplacement entre l’espace et le sol. Pour résoudre ce problème, les équipes de recherche du projet HyperSpace étudient comment établir de telles liaisons avec un satellite sur de longues distances en envoyant des photons intriqués selon plusieurs degrés de liberté (fréquence, temps, polarisation), ce qui réduit le risque de perte et les erreurs qui en découlent.
Le satellite HyperSpace permettrait entre autres la création de liaisons de chiffrement entre deux stations terrestres quantiques par la distribution quantique de clés. Il s’agit là d’une méthode de communication cryptographique dont la sécurité est théoriquement garantie par les principes de la mécanique quantique. Elle permet à deux parties de générer une « clé secrète » partagée qui peut ensuite être utilisée pour chiffrer et déchiffrer des messages transmis publiquement.
M. Jennewein et les membres de son laboratoire de photonique quantique dirigent les travaux de planification et de développement relatifs aux exigences de la mission HyperSpace et fournissent un soutien technique pour la mise à l’essai de ces technologies novatrices. L’équipe de M. Jennewein à l’Institute for Quantum Computing connait bien la technologie des satellites quantiques puisqu’elle a déjà fait la démonstration de la distribution quantique de clés en espace libre avec un récepteur en mouvement. Cette démonstration a ouvert la voie à la mission Quantum EncrYption and Science Satellite (QEYSSat) de l’Agence spatiale canadienne, dont le lancement est prévu en 2025. Le QEYSSat est un satellite en orbite basse qui fera la démonstration de la distribution quantique de clés par satellite entre les stations terrestres de la University of Waterloo et de l’Agence spatiale canadienne à Saint-Hubert, au Québec. M. Jennewein est le chercheur principal de l’équipe scientifique responsable du QEYSSat.
« En tant que chercheur autrichien établi au Canada, j’ai toujours rêvé de relier le Canada et l’Europe par des communications quantiques », explique le professeur Jennewein. « Un tel lien serait une étape majeure dans l’évolution de l’Internet câblé que nous avons actuellement et pourrait contribuer à la conception de l’Internet quantique. »
L’initiative de collaboration HyperSpace est cofinancée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) et l’Union européenne (dans le cadre du programme Horizon Europe). Les projets de M. Jennewein contribuent aux efforts du Canada en vue de la construction d’une infrastructure de communication quantique et sont étroitement alignés sur les objectifs de la Stratégie quantique nationale.
Les établissements qui collaborent au projet comprennent la University of Waterloo, la University of Toronto et l’Institut national de la recherche scientifique au Canada, l’institut Fraunhofer d’optique appliquée et d’ingénierie de précision (IOF) en Allemagne, l’université de Pavie et l’université de Padoue en Italie, le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives CEA-LETI en France et l’université technique de Vienne en Autriche.
Cet article a été adapté, traduit et publié avec la permission de la University of Waterloo. (site en anglais seulement).
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