Simulations et tests expérimentaux du coût d’un réseau de distribution quantique de clés

Encadrants : 

Occurrences : 

2013

Nombre d'étudiants minimum: 

5

Nombre d'étudiants maximum: 

8

Nombre d'instances : 

1

Ce projet porte sur les réseaux de communication pour la distribution quantique de clé. Il comporte principalement deux parties. La première sera consacrée à la modélisation aléatoire d’un réseau et au cas particulier d’un réseau quantique afin d’en simuler le coût moyen en intégrant un modèle de coût spécifique au niveau des liens de communication.

La seconde partie consistera à étudier, à la fois les principes théoriques mais aussi de façon pratique un système expérimental de distribution quantique de clés. Cette partie permettra de tester, par une étude expérimentale le modèle de coût de communication sur un lien utilisé en première partie.

Labo

Figure 1: Plateforme expérimentale de démonstration de cryptographie quantique qui sera utilisée pour les tests (système Clavis2 fabriqué par la société IdQuantique).

 

1 Modélisation d'un réseau

Un réseau quantique est composé de terminaux (au niveau des usagers), serveurs, et routeurs reliés par des liens de distribution quantique de clé. Les terminaux doivent pouvoir communiquer entre eux deux à deux en passant par une route donnée. L'architecture du réseau et le routage ont cependant un impact sur le coût de transmission d'un usager à un autre.

Nous proposons dans ce projet de simuler certains modèles aléatoires de distribution des usagers et des serveurs dans le plan afin d’en d'évaluer un coût moyen liée à des architectures et des méthodes de routage données, voir la figure 2. Le coût des communications sur chaque lien sera basé sur un modèle exponentiel, qui sera testé dans la partie 2. Nous utiliserons le modèle poissonnien de distribution de points

dans le plan. Les simulations seront comparées aux résultats théoriques obtenus dans [1].

VoronoiMarkov
 

 

 

Figure 2: Exemple de simulation d'un réseau avec routage par « Markov-path ».

2 Lien de distribution quantique de clés

En transmettant l'information sous la forme quantique, on peut mettre au point un système d'échange de clés secrètes dont la sécurité repose sur la théorie de l'information (sécurité dite inconditionnelle) et non sur des hypothèses de complexité. On étudiera de façon pratique un système de distribution quantique de clés ainsi que les grands principes de son fonctionnement.

L'objectif sera ensuite l'évaluation du taux de clé secrète en fonction de la distance de transmission.

On fera tout d'abord le lien entre les paramètres expérimentaux et les formules issues des preuves de sécurité. Puis, afin d’ illustrer de façon concrète cette étude de la cryptographie quantique, on fera fonctionner un lien quantique disponible au laboratoire (cf fig. 1), et on mesurera le taux de clé en fonction de l'atténuation sur la fibre optique.

 

Référence

[1] R. Alléaume, F. Roueff, E. Diamanti, N. Lütkenhaus, "QKD networks : topological optimization",

New Journal of Physics, Focus on Quantum Cryptography, 11 075002, 2009.