Dans une première mondiale, des chercheurs de l’Université d’Ottawa, en collaboration avec des scientifiques israéliens, ont pu créer des nœuds à cadre optique en laboratoire qui pourraient potentiellement être appliqués aux systems modernes. Leur travail ouvre la porte à de nouvelles méthodes de distribution de clés cryptographiques secrètes – utilisées pour crypter et décrypter les données, assurer une interaction sécurisée et protéger les informations privées. Le groupe a récemment publié ses résultats dans Character Communications.




« C’est fondamentalement crucial, en particulier d’un stage de vue topologique, car or truck les nœuds encadrés fournissent une plate-forme pour les calculs quantiques topologiques », a expliqué l’auteur principal, le professeur Ebrahim Karimi, titulaire de la Chaire de recherche du Canada en lumière structurée à l’Université d’Ottawa.

Des chercheurs créent des nœuds optiques encadrés pour encoder des informations

« De as well as, nous avons utilisé ces structures optiques non triviales comme supports d’informations et développé un protocole de sécurité pour la interaction classique où les informations sont encodées dans ces nœuds encadrés. »




Le principle

Les chercheurs proposent une straightforward leçon de bricolage pour nous aider à mieux comprendre les nœuds encadrés, ces objets tridimensionnels qui peuvent également être décrits comme une surface area.

« Prenez une étroite bande de papier et essayez de faire un nœud », a déclaré le premier auteur Hugo Larocque, ancien élève de l’Université d’Ottawa et actuellement étudiant au doctorat au MIT.

« L’objet qui en résulte est appelé un nœud encadré et possède des caractéristiques mathématiques très intéressantes et importantes. »

Le groupe a tenté d’obtenir le même résultat mais dans un faisceau optique, ce qui présente un niveau de difficulté as well as élevé. Après quelques essais (et des nœuds qui ressemblaient moreover à des cordes nouées), le groupe a trouvé ce qu’il cherchait: une composition de ruban noué qui est la quintessence des nœuds encadrés.

« Pour ajouter ce ruban, notre groupe s’est appuyé sur des methods de mise en forme de faisceaux manipulant la mother nature vectorielle de la lumière », explique Hugo Larocque. « En modifiant la course d’oscillation du champ lumineux le long d’un nœud optique » non encadré « , nous avons pu attribuer une trame à ce dernier en » collant « entre elles les lignes tracées par ces champs oscillants. »

Selon les chercheurs, les faisceaux lumineux structurés sont largement exploités pour coder et diffuser des informations.

« Jusqu’à présent, ces programs ont été limitées à des grandeurs physiques qui peuvent être reconnues en observant le faisceau à une placement donnée », a déclaré le Dr Alessio D’Errico, boursier postdoctoral de l’Université d’Ottawa et co-auteur de cette étude.

« Nos travaux montrent que le nombre de torsions dans l’orientation du ruban en conjonction avec la factorisation des nombres premiers peut être utilisé pour extraire une soi-disant » représentation tresse « du nœud. »

« Les caractéristiques structurelles de ces objets peuvent être utilisées pour spécifier des programmes de traitement de l’information quantique », a ajouté Hugo Larocque. « Dans une problem où ce programme voudrait être gardé solution tout en le diffusant entre différentes functions, il faudrait un moyen de chiffrer cette » tresse « et de la déchiffrer furthermore tard. Notre travail aborde cette question en proposant d’utiliser notre nœud optique encadré comme un objet de chiffrement pour ces programmes qui peut être récupéré plus tard par la méthode d’extraction de tresse que nous avons également introduite.  »

« Pour la première fois, ces constructions 3D complexes ont été exploitées pour développer de nouvelles méthodes de distribution de clés cryptographiques secrètes. De moreover, il existe un intérêt massive et fort pour l’exploitation des ideas topologiques dans le calcul quantique, la interaction et l’électronique sans dissipation. Noeuds sont également décrits par des propriétés topologiques spécifiques, qui n’ont pas été prises en compte jusqu’à présent pour les protocoles cryptographiques.  »

Les origines

L’idée derrière le projet est née en 2018, lors d’une dialogue avec des chercheurs israéliens lors d’une réunion scientifique en Crète, en Grèce.

Des scientifiques de l’Université Ben-Gourion du Néguev et de l’Université Bar-Ilan, en Israël, ont développé le protocole d’encodage des nombres premiers.

Le projet a ensuite traversé la mer Méditerranée et l’océan Atlantique avant de se retrouver dans le laboratoire du Dr Karimi situé dans le complexe de recherche avancée de l’Université d’Ottawa. C’est là que la procédure expérimentale a été développée et menée. Les données résultantes ont ensuite été analysées et la structure de la tresse extraite grâce à un programme spécialement conçu.

Les applications

« Les technologies actuelles nous donnent la possibilité de manipuler, avec une grande précision, les différentes caractéristiques caractérisant un faisceau lumineux, telles que l’intensité, la period, la longueur d’onde et la polarisation », a déclaré Hugo Larocque. « Cela permet d’encoder et de décoder des informations avec des méthodes tout-optiques. Des protocoles cryptographiques quantiques et classiques ont été conçus en exploitant ces différents degrés de liberté. »

« Nos travaux ouvrent la voie à l’utilisation de buildings topologiques plus complexes cachées dans la propagation d’un faisceau laser pour la distribution de clés cryptographiques secrètes. »

« De in addition, les tactics expérimentales et théoriques que nous avons développées peuvent aider à trouver de nouvelles approches expérimentales du calcul quantique topologique, qui promet de surpasser les problèmes liés au bruit dans les technologies actuelles de calcul quantique », a ajouté le Dr Ebrahim Karimi.