Système de Communication Quantique Sécurisée

Ce tutoriel vous guide à travers la création d'un dispositif de communication quantique basé sur l'échange de qubits pour une sécurité accrue. Vous apprendrez à manipuler des photons et à les utiliser pour échanger des clés cryptographiques de manière sécurisée.

Matériel nécessaire

Étape 1 : Construction du Système d'Émission de Photons

Commencez par installer une source de lumière laser atténuée capable d'émettre des photons individuels. Connectez cette source à l'Arduino ou Raspberry Pi pour contrôler l'émission des photons.

Étape 2 : Configuration des Polariseurs

Installez des polariseurs à cristaux liquides devant la source de photons, contrôlés par l'Arduino ou Raspberry Pi. Ils orienteront les photons selon des angles spécifiques (0°, 45°, 90°, 135°).

Étape 3 : Transmission des Photons par Fibre Optique

Connectez une fibre optique à la sortie de la source de photons pour transmettre les qubits polarisés. Les fibres doivent être de haute qualité pour minimiser les pertes de photons.

Étape 4 : Détection des Photons et Lecture des Qubits

Placez des détecteurs de photons à l'extrémité de la fibre optique pour capter les photons. Ces détecteurs doivent être reliés à l'Arduino ou au Raspberry Pi pour interpréter les qubits.

Code Arduino pour l'Émission et la Détection des Qubits

Voici un exemple de code Arduino pour gérer l'émission et la détection des qubits selon le protocole BB84 :


// Définir les pins pour les polariseurs et détecteurs
int polariseurPin = 9; 
int detecteurPin = A0; 

void setup() {
  Serial.begin(9600); // Initialisation de la communication série
  pinMode(polariseurPin, OUTPUT);
  pinMode(detecteurPin, INPUT);
}

void loop() {
  int polarisation = random(0, 4); // Choisir une polarisation aléatoire
  digitalWrite(polariseurPin, polarisation);
  delay(10); // Attendre la transmission du photon
  int detection = analogRead(detecteurPin);

  if (detection > 512) {
    Serial.println("Photon détecté");
  } else {
    Serial.println("Pas de photon détecté");
  }

  delay(1000); // Attendre avant la prochaine émission
}

Étape 5 : Échange de Clés Quantique et Sécurisation

Utilisez le protocole BB84 pour échanger des qubits et générer une clé cryptographique. Cette clé est unique et doit être utilisée pour sécuriser les communications.

Le protocole BB84 repose sur la polarisation des photons pour transmettre des bits de manière sécurisée. Si un intrus tente d'intercepter les qubits, la nature quantique de ceux-ci entraîne des perturbations qui révèlent l'interception.

Diagramme du processus BB84:

Diagramme BB84

Étape 6 : Extensions pour la Sécurité du Système

Ajoutez des mécanismes pour détecter les intrusions quantiques. Par exemple, si le dispositif détecte une perturbation dans les qubits reçus, il peut alerter l'utilisateur. Sécurisez également les communications classiques entre l'Arduino/Raspberry Pi et l'ordinateur en utilisant des protocoles comme SSH pour éviter les attaques classiques.

Étape 7 : Optimisation et Calibration des Composants

Pour maximiser la performance du système, ajustez la puissance du laser, la qualité des fibres optiques, et le calibrage des polariseurs. Cela vous permettra de réduire les erreurs et d'augmenter la fiabilité du dispositif.

Étape 8 : Ajout de Fonctions de Logging et de Reporting

Enregistrez toutes les communications et événements dans des fichiers de log. Ces logs peuvent être analysés pour détecter des anomalies ou des tentatives d'interception. Vous pouvez également automatiser l'analyse des logs pour générer des rapports périodiques sur l'activité du système.

Étape 9 : Support Multijoueur pour les Systèmes de Communication

Élargissez le système pour permettre à plusieurs paires de dispositifs de communiquer entre elles. Cela nécessite une gestion plus complexe des clés et des communications, mais permet de créer un réseau sécurisé quantique simple, adapté pour des groupes d'utilisateurs.

Étape 10 : Test des Performances

Ajoutez une section pour tester la vitesse de communication, le taux d'erreur et la robustesse du système contre les interférences. Vous pouvez utiliser ces tests pour ajuster et améliorer votre dispositif au fil du temps.

Conclusion

Félicitations! Vous avez maintenant un dispositif de communication quantique fonctionnel. Utilisez-le pour échanger des informations sensibles de manière ultra-sécurisée, tout en apprenant les bases de la cryptographie quantique.