Post Doc Study of CV-QKD solutions for quantum communications F/H

Description de l'offre

about the role

Contexte

Les opérateurs de télécommunications ont un besoin accru de sécurité dans leurs réseaux afin de faire face aux intentions malveillantes et aussi offrir à leurs clients des services de qualité avec un niveau élevé de sécurité (i.e. défense, secteur bancaire, santé, industrie 4.0…).

Des algorithmes de chiffrement associés à des mécanismes d'échange de clés toujours plus complexes sont ainsi utilisés afin de garantir la sécurité des données transportées. Néanmoins, l'arrivée d'ordinateurs surpuissants (quantiques ou autres) pourrait mettre en danger les mécanismes de cryptographie actuels. De plus, des stratégies d'attaque consistent à écouter et enregistrer les flux de données aujourd'hui afin de les déchiffrer plus tard. Enfin, trouver des techniques permettant de détecter une intrusion tout en augmentant le niveau de sécurité des flux de données protégés par les algorithmes de chiffrement usuels apporte un réel progrès.

Ainsi, il a été démontré au début des années 80 que la physique quantique pouvait répondre à ce cahier des charges. Des expérimentations de photons intriqués ont été réalisées ; en outre, Bennett et Brassard ont introduit en 1984 un protocole de cryptographie reposant sur la polarisation de photons uniques (BB84).

Avec l'essor des réseaux de communications optiques, il devenait évident d'utiliser ces techniques de cryptographie quantique pour sécuriser la transmission optique des données.

Parmi les technologies de cryptographie quantique on peut citer la distribution de clés quantiques dite à variable discrète (DV-QKD) qui utilise le protocole BB84 ainsi que des sources et détecteurs de photons uniques. Une autre technique de distribution de clés dite à variable continue (CV-QKD) repose sur l'envoi d'états cohérents dans la fibre, qui sont détectés par des récepteurs tels que ceux mis en oeuvre dans les systèmes de transport WDM.

Votre rôle sera de participer à l'implémentation au laboratoire d'une ligne complète (source, lien fibre optique, détecteur) CV-QKD. Vous en évaluerez les performances dans différents contextes afin d'en identifier les limitations : fibre avec co-propagation ou fibre dédiée. Vous chercherez aussi à améliorer la technique utilisée aujourd'hui en tenant compte de l'acquis des transmissions cohérentes WDM. Accessoirement, vous étudierez les solutions permettant d'accroitre la portée en transmission des systèmes QKD (i.e. répéteurs quantiques) et de généraliser l'utilisation de ces techniques dans un environnement espace libre ou mobile.

L'état de l'art, la mission scientifique et les principales activités associées au post doc sont détaillées à la section 3 « Le plus de l'offre ».

 

about you

Thèse de doctorat dans le domaine de la cryptographie quantique.

 

Bonne connaissance du domaine de télécommunications optiques cohérentes.

Bonne expérience dans le domaine des communications numériques.

Les compétences requises sont celles correspondant à une formation initiale approfondie en télécommunications optiques et en cryptographie (niveau master ou diplôme d'ingénieur).

Les spécialités scientifiques et techniques clés concernées par la thèse, sont les suivantes:

- Systèmes de télécommunications optiques cohérents

- Communications numériques, traitement du signal

- Cryptographie

- Physique quantique

Des compétences expérimentales et notamment une bonne connaissance des instruments de mesure optiques et des dispositifs de télécommunications optiques cohérents sont également requises.

Vous devrez aussi faire preuve d'autonomie, d'une réelle capacité d'analyse et d'adaptation au travail en équipe : contribution à un projet collaboratif, discussions fréquentes avec les experts d'Orange Labs travaillant sur les communications quantiques et la cryptographie. Vous devrez aussi être capable de bien communiquer en interne et en externe. Dans le cadre de ce post-doc, il vous sera demandé de mettre en valeur votre esprit critique et votre créativité.

La maîtrise de l'anglais est indispensable: ce post-doc sera en partie mené dans le cadre d'un projet coopératif européen.

 

additional information

Etat de l'art :Une abondante littérature sur la QKD a été produite depuis le début des années 80. ID Quantique en Suisse, propose un système commercial DV-QKD depuis plusieurs années [1]. Toshiba a un prototype DV-QKD. De nombreux essais terrain ont été réalisés. On peut citer l'essai terrain de British Telecom, Toshiba, Adva et l'Université de Cambridge reliant trois sites distants de quelques dizaines de kilomètres, l'expérimentation chinoise MICIUS [2] d'envoi de clés quantiques par un satellite en orbite basse à deux stations terrestres distantes de plusieurs milliers de kilomètres. La littérature sur la technique CV-QKD est plus récente [3] et donc moins abondante mais on peut citer au moins deux articles de 2018 ou le canal quantique CV-QKD est co-propagé avec plusieurs dizaines de canaux WDM sur une fibre partagée [4,5].

Verrous à lever

L'objectif est d'étudier les systèmes de communications quantiques CV-QKD et de mettre en oeuvre au laboratoire un système complet CV-QKD (source, ligne de transmission fibrée et détecteur cohérent). Il est aussi question de faire profiter ce système de l'acquis des systèmes WDM cohérents afin de le simplifier et de le rapprocher le plus possible au niveau hardware d'un système cohérent WDM. Le traitement du signal spécifique de la cryptographie quantique devra être implémenté afin d'être à même de détecter de potentielles intrusions. L'évaluation de la performance du système (portée et débit) devra aussi être réalisée : en co-propagation avec des canaux WDM sur une fibre partagée et sur une fibre dédiée sans co-propagation. Les limitations du système devront être identifiées et des solutions pour les contourner éventuellement trouvées.

Une étude bibliographique sera engagée et des réflexions menées autour des répéteurs quantiques.

Approche méthodologique-planning

- Modélisation d'un système CV-QKD sous Matlab et mise en oeuvre du traitement du signal spécifique d'un système de cryptographie quantique à T0+3 mois

- Mise en oeuvre au laboratoire d'un système CV-QKD complet intégrant la source, la ligne de transmission fibrée et le détecteur cohérent à T0+9 mois

- Évaluation de la performance du système CV-QKD dans différents environnements (avec ou sans co-propagation avec les canaux WDM) à T0+12 mois

Étude bibliographique sur les répéteurs quantiques et sur les moyens d'accroître la portée des systèmes de communications quantiques à T0+12 mois.

 

department

Au sein de la Direction WNI (Wireline Networks and Infrastructure) et rattachée au département AOT (Architecture and Programmable Optical Transmission), l'équipe SOAN (Synchronisation and Optical Agile Network) est notamment en charge d'activités de Recherche et d'Anticipation sur les systèmes de transmission WDM et sur les réseaux de transport optique agiles et programmables. Pour ce faire, l'équipe d'une quinzaine de personnes dispose de bancs expérimentaux de transmission optique et des outils de test et mesure performants permettant de recréer les conditions de propagation des signaux optiques dans la fibre et d'évaluer les toutes dernières technologies aussi bien en Recherche qu'en Anticipation.

Qu'est ce qui fait la valeur ajoutée de cette offre ?

Votre réflexion scientifique et votre créativité seront stimulées et renforcées par la vision pragmatique et opérationnelle d'Orange, opérateur mondial de premier rang, aux multiples métiers. Les applications visées (sécurité des réseaux de transport optique) vous permettront de bénéficier des compétences et de la synergie d'équipes complémentaires, avec la possibilité de formations dans différents domaines. Vous développerez vos compétences sur les techniques de cryptographie les plus avancées et intégrerez un des meilleurs laboratoires de recherche d'opérateur dans le domaine des communications optiques, doté des meilleurs outils expérimentaux en métrologie, tests et mesures. Enfin, la participation à un projet collaboratif européen (H2020 Flagship CiViQ) regroupant des acteurs majeurs du domaine QKD vous aidera à étoffer votre vision du domaine.

Références :

1. ID Quantique, « Cerberis QKD blade - The world first carrier-grade quantum key distribution platform », White Paper, 2018.

2. Q. Zhang, F. Xu,Y-A. Chen, C-.Z. Peng, and J. Pan, « Large scale quantum key distribution: challenges and solutions », Optics Express, Vol. 26, No. 18, pp. 24260-24273, 3 Sep 2018

3. P. Jouguet, S. Kunz-Jacques, A. Leverrier, P. Grangier, and E. Diamanti, « Experimental demonstration of long-distance continuous-variable quantum key distribution », Nature Photonics, vol. 7, no. 5, pp. 378-381, 2013.

4. T. A. Eriksson, T. Hirano, G. Rademacher, B. J. Puttnam, R. S. Luis, M. Fujiwara, R. Namiki, Y. Awaji, M. Takeoka, N. Wada, and M. Sasaki, « Joint propagation of continuous variable quantum key distribution and 18 x24.

5. Gbaud PM-16QAM channels », in European Conference on Optical Communication (ECOC), 2018, paper We2.37. T. A. Eriksson, T. Hirano, B. J. Puttnam, G. Rademacher, R. S. Luis, M. Fujiwara, R. Namiki, Y. Awaji, M. Takeoka, N. Wada, and M. Sasaki, « Wavelength Division Multiplexing of Continuous Variable Quantum Key Distribution and 18.3 Tbit/s Data Channels », Communications Physics, Nature, 2018.

 

contract

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