Description

La cryptographie traditionnelle qu’on peut trouver dans Internet est basée sur la difficulté à résoudre certains problèmes mathématiques. Avec l’évolution de la technologie (en particulier de l’ordinateur quantique) on ne peut pas considérer que ce type de technologie prévoit une sécurité à long terme. La cryptographie quantique par contre, peut offrir une sécurité basée sur les lois de la physique, et garantir que la sécurité sera la même indépendamment du temps écoulé. Cet objectif est atteint en utilisant un masque jetable [1] pour la codification. La clé utilisée pour le chiffrage est obtenue via l’échange d'états entre deux entités (Alice et Bob) à travers un canal quantique non sécurisé (mais l’information que l'attaquant peut obtenir est toujours bornée) et un canal classique authentifié. La partie quantique est limitée à l’échange de clé, donc on parle de distribution quantique de clé ou quantum key distribution (QKD).

Il y a différentes façons d’échanger les états entre Alice et Bob. Le premier protocole proposé, BB84 [2], utilise des photons uniques pour la transmission de l’information. Plusieurs variantes de ce protocole sont aujourd’hui déjà commercialisées, mais elles présentent différents défis, surtout en termes de coût des détecteurs de photons uniques. Dans le groupe d’Information Quantique [3] nous avons travaillé pendant plusieurs années sur un système alternatif qui utilise des états cohérents de la lumière pour coder l’information et qui peut récupérer les états avec une détection homodyne [4], beaucoup plus simple et moins coûteuse qu’une détection de photons uniques. On utilise la dénomination variable continues (continuous variables, CV-QKD) pour appeler ce type de protocoles et les différencier des protocoles à photons uniques (discrete variables, DV-QKD).

Cette offre de stage propose la réalisation dans une carte FPGA d’un système de contrôle pour gérer un ensemble de réception commercial (laser et photodiodes balancées). L'objectif est de garantir que le système fonctionne dans un régime linéaire qui permettra le fonctionnement du protocole. Pour vérifier la linéarité du système la réponse du bruit photonique doit suivre la puissance d’entrée (contrôlée par le laser). Une fois la gamme de linéarité connue le système sera prêt à recevoir les signaux venant d'Alice, mais l’automatisation de la calibration est importante pour garantir les bons résultats de la mesure finale.

Déroulement du stage envisagé

• Familiarisation avec les principes de la distribution quantique de clé.

• Familiarisation avec le système de génération et acquisition de données.

• Contrôle logique de l’entité de réception (Bob)

  • Contrôle du laser avec une FPGA à travers une interface USB.
  • Contrôle des photodétecteurs balancés à travers une interface série/USB.

• Obtention des statistiques (moyenne, variance...) pour les signaux d’entrée.

• Interface PCIe pour communiquer les données à l'ordinateur hôte.

Prérequis

• Familiarité avec les FPGA,
• Connaissance de la programmation C/C++,
• Connaissance de Xilinx Vivado HLS bienvenue,
• Connaissance de VHDL et/ou Verilog bienvenue.

Encadrement

Le stage de six mois (février à juin) sera remunéré à 554.40€/mois et localisé au département SoC du LIP6. Il sera encadré par un doctorant expérimenté de l'équipe QI.

Contact: Eleni(dot)Diamanti(at)lip6(.)fr

Références