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RÉSUMÉ
Notre capacité depuis plus de 20 ans à manipuler des particules individuelles a permis une nouvelle révolution quantique, qualifiée de « seconde révolution quantique ». Cette évolution exploite les effets quantiques pour l’ingénierie, avec trois classes d’applications : calcul, capteurs et communications quantiques.
Cet article explore les principes des communications quantiques (cryptographie QKD, réseaux d’information quantique ou « Internet quantique »), l’intérêt des satellites pour étendre leur portée, les défis, les initiatives européennes et les perspectives.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Patrick GÉLARD : Expert sénior en télécommunication par satellite
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Laurent DE FORGES DE PARNY : Ingénieur système télécom quantique - Thales Alenia Space (Toulouse, France)
INTRODUCTION
Les technologies quantiques connaissent aujourd’hui un essor remarquable, porté par la maîtrise des états quantiques individuels (superposition, intrication, non-clonage). Cette « seconde révolution quantique » ouvre la voie à des applications en communications, calcul et métrologie.
Les communications quantiques sécurisent les échanges au-delà des cryptographies classiques (RSA, AES) et forment le socle du futur Internet quantique. Les réseaux terrestres ont démontré la distribution quantique de clés (QKD), mais leur portée est limitée par les pertes dans les fibres optiques et l’impossibilité d’amplifier les états quantiques (théorème de non-clonage). Des répéteurs quantiques restent limités à ∼ 50 % d’efficacité.
Les satellites, via des canaux optiques en espace libre, étendent la portée à l’échelle continentale et intercontinentale. Cette approche, illustrée par des missions pionnières (cf. § 4.2), constitue une brique essentielle pour des architectures globales. Cet article présente les concepts fondamentaux, les architectures et les défis pour des réseaux hybrides satellite/sol, du QKD à court terme aux réseaux d’information quantique avancés.
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MOTS-CLÉS
communications cryptographie satellites quantique QKD réseau d'information quantique internet quantique
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- Version archivée 1 de nov. 2009 par David ROS
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7. Défis techniques
L’ampleur des défis à relever pour développer des réseaux quantiques nécessite des plans à long terme et des objectifs bien ciblés, avec des jalons raisonnables, tout en tenant compte de la compétition mondiale qui s’est engagée sur le sujet, ainsi que des opportunités de collaborations internationales. Les défis techniques pour les communications quantiques par satellite – avec source quantique embarquée – sont classés en deux catégories principales, découlant de l’horizon temporel et des applications visées.
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Les défis à court terme
Se concentrent sur l’utilisation initiale des satellites pour des services de distribution de clés quantiques (QKD) via des protocoles préparé-mesuré en polarisation ou basés sur des paires de photons intriqués. Ces défis sont plus immédiats car visent à établir des liaisons sécurisées point-à-point.
Ces défis comprennent, par exemple, le développement de sources quantiques spatiales performantes, leur miniaturisation et leur qualification spatiale, incluant la résistance aux chocs, vibrations, cyclages thermiques et radiations cosmiques, le développement et/ou l’adaptation des télescopes bord et sol, la gestion du pointage dynamique et le suivi sub-microradian, la maîtrise de la propagation à travers l’atmosphère, incluant la gestion de l’optique adaptative pour compenser les effets de la turbulence atmosphérique.
Le développement de système de synchronisation temporelle, précis à la centaine de picoseconde près, est aussi critique pour l’identification des photons mesurés et donc pour permettre d’exploiter leur information.
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Les défis à long terme
Ils portent sur l’utilisation des satellites pour propager l’intrication à grande échelle, en interconnectant des commutateurs d’intrication au sol afin de bâtir des réseaux d’information quantique et, ultimement, un Internet quantique global. Ces défis impliquent une maturité accrue des technologies pour une intrication distribuée et synchronisée sur des réseaux étendus. Ces défis comprennent, par exemple, la maturation des mémoires quantiques qui sont dans l’étape de recherche et développement pour améliorer leur fidélité. Dans un réseau quantique, les mémoires quantiques sont utilisées pour synchroniser la distribution d’intrication, mais leur intégration...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - YIN (J.), LI (Y.H.), LIAO (S.K.) et al - Entanglement-based secure quantum cryptography over 1,120 kilometres. - Nature, vol. 582, pp. 501-505 (2020).
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(2) - EKERT (A.) et al, HOSGOOD (T.), KAY (A.) - Introduction to quantum information science (2025). - PDF disponible en ligne https://qubit.guide/qubit_guide.pdf
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(3) - ASPECT (A.) - La seconde révolution quantique conduira à des applications inédites. - Article La Recherche (2022).
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(4) - CEA - Révolutions quantiques. - Dans Clefs. Les voix de la recherche, n° 66 (2018). PDF disponible en ligne https://www.cea.fr/multimedia/Documents/publications/clefs-cea/CLEFS66-FR-FINAL.pdf
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(5) - TERHAL (B.M.) - Is entanglement monogamous ? - Dans BM Journal of Research and Development, vol. 48, n° 1, pp. 71-78 (2004). PDF disponible en ligne https://arxiv.org/abs/quant-ph/0307120
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