La cryptographie quantique ou distribution quantique de cles exploite les proprietes fondamentales des systemes quantiques afin d'assurer le partage de cles secretes composees d'une suite aleatoire de bits. La technique nouvelle de transmission proposee s'appuie sur une modulation de phase de la lumiere generee par deux modulateurs de phase representant l'emetteur et le recepteur. La modulation cree une bande laterale (en frequence) comportant statistiquement 0. 1 photon. La cle de cryptage est transmise en appliquant une variation de phase aleatoire entre les signaux de modulation electriques qui pilotent les modulateurs. Les avantages d'une telle technique sont de pouvoir obtenir un systeme optique fibre insensible a la polarisation et une meilleure stabilite que les systemes developpes precedemment. La faisabilite de cette technique a pu etre demontree et verifiee experimentalement grace a la mise au point d'un systeme de comptage de photons fonctionnant dans la fenetre de 1550nm. Le premier chapitre est consacre aux techniques de la cryptographie classique et determine les objectifs de la cryptographie quantique. Le second chapitre aborde les principes fondamentaux de la mesure et de la theorie de l'information quantique qui constituent la base des systemes de distribution de cles de cryptage. Nous presentons, au troisieme chapitre, les principaux protocoles et systemes optiques de distribution existants. Finalement, dans un quatrieme chapitre, nous decrivons le systeme de distribution de cles de cryptage par modulation de phase a un photon ainsi que les resultats experimentaux obtenus.
La cryptographie quantique ou distribution quantique de cles exploite les proprietes fondamentales des systemes quantiques afin d'assurer le partage de cles secretes composees d'une suite aleatoire de bits. La technique nouvelle de transmission proposee s'appuie sur une modulation de phase de la lumiere generee par deux modulateurs de phase representant l'emetteur et le recepteur. La modulation cree une bande laterale (en frequence) comportant statistiquement 0. 1 photon. La cle de cryptage est transmise en appliquant une variation de phase aleatoire entre les signaux de modulation electriques qui pilotent les modulateurs. Les avantages d'une telle technique sont de pouvoir obtenir un systeme optique fibre insensible a la polarisation et une meilleure stabilite que les systemes developpes precedemment. La faisabilite de cette technique a pu etre demontree et verifiee experimentalement grace a la mise au point d'un systeme de comptage de photons fonctionnant dans la fenetre de 1550nm. Le premier chapitre est consacre aux techniques de la cryptographie classique et determine les objectifs de la cryptographie quantique. Le second chapitre aborde les principes fondamentaux de la mesure et de la theorie de l'information quantique qui constituent la base des systemes de distribution de cles de cryptage. Nous presentons, au troisieme chapitre, les principaux protocoles et systemes optiques de distribution existants. Finalement, dans un quatrieme chapitre, nous decrivons le systeme de distribution de cles de cryptage par modulation de phase a un photon ainsi que les resultats experimentaux obtenus.
L'etude presentee concerne un procede de distribution quantique de cles de cryptage utilisant des etats coherents et la mise au point d'un systeme de transmission aerien. Le systeme de cryptage exploite les proprietes d'interference a un photon dans deux bandes laterales de modulation, qui contiennent chacune en moyenne 0,1 photon. Les probabilites de detecter un photon dans chacune des bandes de modulation varient de facon complementaire en fonction du dephasage induit entre l'emetteur et le recepteur. Cette methode permet d'exploiter le protocole a 4 etats de distribution de cle.
La distribution quantique de clés de cryptage exploite les propriétés fondamentales de la physique quantique associées à des protocoles adéquats. L'étude présentée a pour objet une amélioration d'un procédé de distribution quantique de clés de cryptage et la mise au point d'un système de comptage de photons à 1550 nm. Le système de cryptage exploite les propriétés d'interférence à un photon dans deux bandes latérales de modulation, qui comportent chacune en moyenne 0,1 photon. Les probabilités de détecter un photon dans chacune des bandes de modulation en fonction du déphasage, induit entre l'émetteur et le récepteur, varient de façon complémentaire. Cette méthode permet d'exploiter le protocole de distribution de clés à 4 états. Le comptage des photons est réalisé avec des photodiodes à avalanches InGaAs/InP. Ces dernières sont utilisées dans le mode Geiger et refroidies à des températures cryogéniques...
La cryptographie quantique permet la distribution d'une clé de cryptage partagée entre deux interlocuteurs distants, tout en assurant la sécurité inconditionnelle de cette distribution grâce aux lois de la physique quantique et de la théorie de l'information. Nous avons réalisé un démonstrateur complet de cryptographie quantique, fondé sur un protocole pour lequel l'information est codée sur des variables continues de la lumière, à savoir les quadratures du champ électromagnétique. Le système est exclusivement constitué de composants standard de l'industrie des télécommunications, qui permettent à Alice de générer les états cohérents de la lumière puis de les moduler, et à Bob de mesurer ces états grâce à une détection homodyne fonctionnant en régime impulsionnel et limitée par le bruit de photon. Nous avons par ailleurs développé un logiciel complet de gestion de la distribution de clé, qui assure d'une part le bon fonctionnement de la transmission quantique et les rétrocontrôles nécessaires pour la stabilité de celle-ci, et qui permet d'autre part l'extraction d'une clé secrète à partir des données partagées après la transmission quantique. Le système a été intégré dans des boîtiers rackables, afin d'effectuer une démonstration en vraie grandeur dans le cadre d'un réseau de cryptographie quantique, mis en place sur des fibres installées dans la ville de Vienne (Autriche). Lors de cette démonstration, notre système a fonctionné en continu pendant 57 heures, à un taux moyen de 8 kbit/s. Enfin, nous avons exploré différentes possibilités d'amélioration du système, à travers un nouveau protocole de cryptographie et l'utilisation d'amplificateurs optiques.
La cryptographie quantique permet la distribution d’une cle de cryptage partagee entre deux interlocuteurs distants, tout en assurant la securite inconditionnelle de cette distribution grâce aux lois de la physique quantique et de la theorie de l’information. Nous avons realise un demonstrateur complet de cryptographie quantique, fonde sur un protocole pour lequel l’information est codee sur des variables continues de la lumiere, a savoir les quadratures du champ electromagnetique Le systeme est exclusivement constitue de composants standard de l’industrie des telecommunications, qui permettent a Alice de ge���nerer les etats coherents de la lumiere puis de les moduler, et a Bob de mesurer ces etats grâce a une detection homodyne fonctionnant en regime impulsionnel et limite par le bruit de photon. Nous avons par ailleurs developpe un logiciel complet de gestion de la distribution de cle, qui assure d’une part le bon fonctionnement de la transmission quantique et les retrocontroles necessaires pour la stabilite de celle-ci, et qui permet d’autre part l’extraction d’une cle secrete a partir des donnees partagees apres la transmission quantique. Le systeme a ete integre dans des boitiers rackables, afin d’effectuer une demonstration en vraie de grandeur dans le cadre d’un reseau de cryptographie quantique, mis en place sur des fibres installees dans la ville d Vienne (Autriche). Lors de cette demonstration, notre systeme a fonctionne en continu pendant 57 heures, a un taux moyen de 8kbit/s. Enfin, nous avons explore differentes possibilites d’amelioration du systeme, a travers un nouveau protocole de cryptologie et l’utilisation d’amplificateurs optiques.
Nous avons developpe un systeme de transmission de cle de cryptage operationnel sur un reseau fibre a 1550nm, reposant sur un codage en phase de bande laterale unique de modulation. La securite du systeme depend du protocole d'echange ainsi que des parametres experimentaux du systeme. Pour un ensemble donne de ces parametres, nous avons calcule la distance maximale de transmission de la cle. Un systeme de comptage de photon a 1550nm constitue d'une photodiode a avalanche operee en mode Geiger a ete concu et caracterisee pour notre application. Le systeme de transmission de cle a ete etudie theoriquement et experimentalement. La transmission du signal sur une fibre optique entraine des fluctuations aleatoires de la visibilite au niveau du recepteur. Un systeme d'asservissement permettant de s'en affranchir et de synchroniser temporellement emetteur et recepteur a ete concu. Une transmission de cle a ete realisee sur une distance de 40km en laboratoire.
Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans le cadre de la cryptographie, et plus précisément de la cryptographie quantique. Le but est de concevoir un système permettant de transmettre simultanément une clé de cryptage et un signal horloge dans une même fibre optique (à la longueur d'onde des télécommunications soit 1550 nm) en essayant d'éviter les effets de la dispersion chromatique. En effet le signal représentant la clé de cryptage doit être réalisé sous forme d'impulsions fortement atténuées simulant des photons uniques et dans ces conditions il est nécessaire de disposer au niveau du détecteur d'un signal horloge donnant l'instant d'arrivée des impulsions. Nous fabriquons deux signaux de longueurs d'onde très proches (écart de 0,88 pm) grâce à un modulateur acousto-optique, chacune servant de porteuse à un des deux signaux. A la réception il est nécessaire de séparer ces deux longueurs d'ondes et pour cela un filtre basé sur un interféromètre de Fabry-Pérot a été conçu, réalisé, testé et mis en oeuvre au laboratoire. Puis nous avons aussi réalisé un photodétecteur basé sur une photodiode à avalanche, dont nous pouvons abaisser la température de fonctionnement jusqu'à environ 0C. Le système a été entièrement réalisé et nous avons pu montrer la faisabilité de cette technique. Des améliorations restent à apporter en particulier sur la stabilité du filtre optique et sur le fonctionnement du détecteur en mode comptage de photons.