🎲 Distribution de clé quantique BB84

Les systèmes QKD commerciaux transmettent des photons uniques (ou des impulsions cohérentes faibles) via des liaisons à fibre optique ou en espace libre. Des entreprises comme Toshiba et ID Quantique vendent du matériel QKD fonctionnant sur des centaines de kilomètres de fibre. Le protocole BB84 sous-tend les normes de cryptographie quantique ETSI et ISO/IEC 23837.

La QKD est utilisée pour distribuer des clés de chiffrement symétriques ensuite utilisées avec des algorithmes classiques tels que l'AES-256. Les déploiements réels incluent les communications interbancaires dans le réseau quantique de Chine (plus de 2 000 km de fibre), les communications gouvernementales, et les centres de données hautement sécurisés. Les clés sont sécurisées au sens de la théorie de l'information, les rendant pérennes face aux ordinateurs quantiques.

Le théorème de non-clonage, démontré par Wootters et Zurek en 1982, établit qu'il est impossible de créer une copie identique d'un état quantique inconnu arbitraire. Cela découle de la linéarité de la mécanique quantique : une opération de clonage hypothétique devrait copier simultanément les deux états de base, ce qui est impossible sans connaître l'état à l'avance.

La distribution de clé quantique utilise la mécanique quantique pour distribuer des clés secrètes ; c'est un protocole de communication qui peut fonctionner sur le matériel photonique d'aujourd'hui. L'informatique quantique utilise la superposition et l'intrication quantiques pour effectuer des calculs exponentiellement plus rapides que les ordinateurs classiques pour certains problèmes. La QKD est déjà déployée commercialement, tandis que l'informatique quantique à grande échelle reste un objectif de recherche.

Si Eve intercepte un qubit et le mesure, elle devine la bonne base 50 % du temps. Quand elle se trompe, elle perturbe le qubit, et la mesure ultérieure de Bob dans la base d'Alice produira un bit erroné 50 % du temps. En moyenne sur toutes les interceptions, cela introduit un taux d'erreur quantique de bit (QBER) de 25 % dans la clé tamisée, facilement distinguable des niveaux de bruit typiques inférieurs à 5 %.

Non. La sécurité de BB84 repose sur les lois de la physique quantique, non sur la difficulté d'un problème mathématique. L'algorithme de Shor (qui s'exécute sur un ordinateur quantique) peut casser RSA et la cryptographie sur courbes elliptiques, mais il ne peut pas aider un espion à obtenir la clé BB84 sans provoquer une perturbation détectable. C'est pourquoi la QKD est considérée comme « sûre face au post-quantique ».

Après correction d'erreurs, Alice et Bob appliquent une amplification de confidentialité : ils compressent la clé tamisée à l'aide d'une fonction de hachage choisie aléatoirement pour réduire la connaissance potentielle d'Eve sur la clé à un niveau négligeable. Si Eve possède de l'information sur au plus k bits de la clé corrigée de n bits, un hachage vers n−k−s bits lui laisse moins de 2^(−s) bits d'information mutuelle sur la clé finale.