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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
-
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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4. Intérêt et enjeux
4.1 Surmonter les limitations des réseaux terrestres
Les communications quantiques par satellite offrent une connectivité quantique à l’échelle globale, en minimisant les pertes de signal – contrairement aux liaisons terrestres, qui sont affectées par l’absorption dans les fibres optiques (une fibre performante de télécommunication typique présente une perte d’environ 0,2 dB/km). Étant donné que les états quantiques ne peuvent pas être amplifiés sans perturbation (en raison du théorème de non-clonage), l’efficacité de la liaison diminue exponentiellement avec la distance dans la fibre optique, comme illustrée par la figure 5 (extraite et traduite de ). Avec les paramètres système de , la liaison quantique satellite-sol devient plus avantageuse que la liaison par fibre optique à partir d’environ 70 km.
En pratique, la distribution de qubits photoniques via des fibres optiques standards est limitée à environ 100 km ; au-delà, les pertes rendent le taux de photons détectés trop faible pour maintenir un service quantique stable .
Une approche pour contourner ce problème au sol consiste à développer des nœuds intermédiaires dans le réseau sol (cf. figure ...
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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).
-
(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
-
(3) - ASPECT (A.) - La seconde révolution quantique conduira à des applications inédites. - Article La Recherche (2022).
-
(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
-
(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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