Quantum Key Distribution through atmospheric turbulence: secure satellite-to-ground links

Les exigences sans cesse croissantes des systèmes de télécommunication modernes font de la transmission sécurisée des données à la fois une exigence essentielle et un défi majeur, et donc un domaine d’étude très actif. La distribution de clés quantiques (QKD) permet l’échange de clés cryptographiques dont le niveau de sécurité est intrinsèquement basé sur l’exploitation des propriétés de la mécanique quantique. Cependant, le déploiement de systèmes QKD via des réseaux de fibres terrestres est très limité en distance à cause de l’atténuation, et comme les méthodes d’amplification conventionnelles ne sont pas compatibles avec un signal quantique, les relais satellitaires se présentent comme une alternative prometteuse pour établir des liaisons quantiques intercontinentales sécurisées.

Nous présentons un modèle complet du canal atmosphérique dans le contexte d’un lien QKD descendant entre un satellite en orbite basse et le sol. Ce modèle tient compte de la turbulence, de sa correction partielle par l’optique adaptative (AO), des pertes géométriques et des fluctuations de pointage du satellite. Nous utilisons ce modèle pour évaluer les performances de trois protocoles QKD, pour différents paramètres du système et en tenant compte des effets de taille finie. Les résultats montrent les avantages de l’utilisation d’un système d’OA, la performance en termes de taux de clé de tous les protocoles analysés s’améliore lorsqu’on considère une correction d’OA. Pour valider nos résultats de simulation, nous avons également commencé à mettre en œuvre un banc d’essai expérimental basé sur une émulation simplifiée du canal atmosphérique et un système CV-QKD.