Institut de Physique Théorique: Présentation : L'Institut de Physique Théorique (IPhT) est un Institut de la Direction de la Recherche Fondamentale (DRF) du Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA).
Une distribution quantique de clés pour des communications ultra-sécurisées  
Des théoriciens de l'IPhT (Nicolas Sangouard Jean-Daniel Bancal) et leurs partenaires en Suisse (Université de Genève, Écoles polytechniques de Lausanne et Zurich) et en Grande-Bretagne (Université d'Oxford) ont apporté la démonstration expérimentale d'une distribution quantique de clés cryptographiques dont la sécurité n'est pas sensible à des imperfections instrumentales. Cette première mondiale ouvre la voie à des communications avec des garanties de sécurité sans précédent.

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Certains protocoles de chiffrement qui sont largement utilisés reposent sur des problèmes mathématiques qui sont supposés difficiles à résoudre, comme la factorisation d'entiers en nombres premiers. Cette tâche qui requiert une puissance de calcul considérable, pourrait, à terme, être réalisée facilement avec un calculateur quantique. C'est pourquoi les opérateurs recherchent des protocoles moins vulnérables.

Une solution consiste à utiliser des « clés » cryptographiques composées de suites de nombres aléatoires, qui doivent être partagées seulement par l'émetteur et le récepteur. Ces clés, dont la taille doit être similaire à celle du message à transmettre, servent à la fois à l'encodage et au déchiffrement et doivent être distribuées sans recourir à des problèmes mathématiques ouverts. Des systèmes de distribution quantique de clés ont été développés mais leurs sécurités exigent des équipements idéaux, leurs imperfections se révélant être des failles de sécurité.

Inspiré par les idées proposées par Arthur Ekert il y a 30 ans, des physiciens théoriciens de l'IPhT et leur collègue suisse ont donc imaginé un nouveau concept de distribution quantique de clés dont la sécurité n'est pas sensible à une imperfection instrumentale, sous réserve de performances minimales. Leur concept a été validé par une expérience menée à Oxford montrant qu'il est possible d'envisager des communications ultra-sécurisées pour des données hautement confidentielles (diplomatie, santé, etc.).

Sur quels principes repose cette expérience ?

L'émetteur et le récepteur disposent chacun d'un bit quantique (ou qubit), matérialisé par un ion strontium (Sr+) unique. Les deux ions sont préparés dans des états jumeaux (dits intriqués) de sorte que la mesure d'un qubit fournisse un résultat aléatoire, mais toujours identique à celui mesuré sur l'autre qubit. Le caractère aléatoire du résultat est donc bien adapté à la génération de clés cryptographiques, mais comment s'assurer que les deux ions sont intriqués ?

Les chercheurs procèdent à un test (dit de Bell) pour prouver la « violation des inégalités de Bell » (voir l'encadré ci-dessous) et donc l'intrication des ions dont elle est la signature. En une dizaine d'heures, les expérimentateurs ont répété 1,5 millions de fois le test et sont ainsi parvenus à en extraire une clé de 100.000 bits. Les chercheurs envisagent désormais d'adapter leur concept à un prototype de distribution quantique de clés tout-optique, qui pourrait être réalisé par des équipes françaises exclusivement, grâce à des subventions issues du Plan National pour les technologies quantiques.

Les inégalités de Bell

Les inégalités de Bell, énoncées en 1964 par le physicien nord-irlandais John Stewart Bell, sont des relations satisfaites par les corrélations qui obéissent au principe de localité (l'idée que des événements ne peuvent être influencés que par des actions dans leur « cône de lumière » passé).

En démontrant pour l'une des toutes premières fois la violation des inégalités de Bell, le physicien français Alain Aspect apporte en 1982 une réponse au paradoxe relevé 50 ans plus tôt par Albert Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen. Son expérience fondatrice implique que le principe de localité doit être abandonné.

 

Pour en savoir plus:

Article dans Nature
Actualité sur le site de la DRF

E. De-laborderie, dépêche du 01/08/2022

 

Préparation de l’exploitation de la mission Euclid  

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L’IPhT est fortement impliqué dans la préparation de l’exploitation scientifique de la mission Euclid. Cette participation se fait à deux niveaux. Francis Bernardeau est en charge de la coordination de la Science Performance Verification, exercice qui vise à s’assurer que les objectifs cœur de la mission — contraintes sur les paramètres de l’équation d’état de l’énergie noire — seront bien atteints compte tenue de ce que l’on sait des paramètres généraux de la mission. Mais plus généralement les chercheurs de l’IPhT sont impliqués dans la préparation des outils nécessaires à l’analyse des données cosmologiques. Il s’agit en particulier de développer et valider les outils permettant de prédire les observables attendues pour une grande variété de modèles cosmologiques. Ainsi Filippo Vernizzi coordonne les efforts au sein du consortium Euclid visant à développer simulations et outils théoriques pour étudier le développement non-linéaire des modèles de gravité modifiée.

L’article « Implementing spectra response function approaches for fast calculation of power spectra and bispectra », Physical Review D, Volume 104, Issue 10, article id.103501, de Ken Osato, Takahiro Nishimichi, Atsushi Taruya (Université de Kyoto) et Francis Bernardeau explore une telle méthodologie. Comme illustré sur la figure jointe cette approche permet de calculer le bispectre du champ de densité en incluant les corrections dites à une boucle. Ce résultat ouvre la voie à la mise en oeuvre de calculs rapides des spectres en espace dits des redshifts. Le professeur Ken Osato, maintenant à l'université de Chiba, est actuellement en visite à l’IPhT pour poursuivre cet objectif.

R. Guida, dépêche du 11/07/2022

 

Colloque de l'IPhT à Autrans : compte rendu.  

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Le colloque de l'Institut de Physique Théorique s'est tenu à Autrans (Vercors) du 23 au 25 mai derniers.

La centaine de participants a pu profiter des bienfaits de l'altitude et du magnifique environnement du centre de congrès de l'Escandille qui a hébergé l’événement. Cette retraite intense et joyeuse a permis de renforcer la cohésion entre les membres de notre laboratoire et de discuter entre nous de questions de science et de la vie de l’Institut.

L'IPhT est caractérisé par un spectre large de sujets de recherches. Dans le but de mettre en valeur les compétences et de transmettre pédagogiquement les connaissances aux autres collègues non-experts, 7 présentations scientifiques de chercheurs de l'IPhT ont étés organisées, complétées par 2 présentations tenues par des intervenants extérieurs, les professeurs Luc Blanchet (Institut d'Astrophysique de Paris, visiteur longue durée à l’IPhT) et Emil Martinec (Université de Chicago).

De courtes présentations ont permis aux nouveaux doctorants et post-doctorants de l'IPhT de se faire connaitre par les autres chercheurs. Les équipes de support informatique et administratif ont aussi présenté leur travail à tous et nous ont transmis nombre d’informations utiles. La traditionnelle session de discussion libre « sur la prospective et le futur du laboratoire » a permis aux participants d’échanger sur de multiples questions de la vie du laboratoire.

Un jeu quiz a ensuite testé les connaissances des participants sur des sujets variés : le CEA, le CNRS, l'histoire de l'IPhT, la physique générale ou bien encore sur des publications phares de membres de notre labo. La distribution aléatoire des places au restaurant a permis de varier les convives, brisant ainsi les barrières d'âge, de langue, de compétences. Pour garder la forme et renforcer au même temps l'atmosphère d’équipe, des balades dans la nature verdoyante ont été proposées aux participants, en complément aux équipements sportifs du centre (piscine, gymnase, sauna, ping-pong). Last but not least, le dernier soir a été fêté avec une soirée dansante qui a ajouté une touche ludique à cette retraite bien remplie !

E. De-laborderie, dépêche du 20/06/2022

 

De nouvelles multifractales du SLE

dépêche du 05/04/2022

Arrivée de Luc Blanchet

dépêche du 01/02/2022

Arrivée de Pierre Fleury

dépêche du 01/02/2022

The art of mathematical physics

dépêche du 01/09/2021

David Kosower
Precision Calculations in the Search for Unification
19 septembre 2019
François David
Presentation of IPhT
19 septembre 2019
Lenka Zdeborova
Médaille de bronze du CNRS et prix Irène Joliot Curie 2018
17 septembre 2019
Marc Barthélémy
A physicist's approach to complex systems
19 septembre 2019
Stéphane Lavignac
Neutrinos et physique des particules au-delà du Modèle Standard
19 septembre 2019
Henri Orland
Statistical Physics of Some Biological Systems
19 septembre 2019
Giulio Biroli
Glassy and disordered systems
19 septembre 2019

 

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