WO2002039639A2 - Procede et systeme de transmission par cryptographie quantique - Google Patents

Procede et systeme de transmission par cryptographie quantique Download PDF

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WO2002039639A2
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Thierry Debuisschert
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Thales
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0852—Quantum cryptography
    • H04L9/0858—Details about key distillation or coding, e.g. reconciliation, error correction, privacy amplification, polarisation coding or phase coding

Definitions

  • the invention relates to the field of cryptography.
  • a message can only be read by its recipient.
  • a key is used to encrypt the message. Only the owner of the key is able to read the message on reception.
  • the encryption key must therefore be transmitted by the sender to the recipient of the encrypted message. This transmission is carried out such that only the recipient of the encrypted message receives this encryption key. Interception by a third party of the encryption key is detected by the sender or the recipient. Thus, the encryption key or the elements of the key detected
  • An example of the principle of transmitting encryption keys is that of quantum cryptography. It consists of using physical properties to ensure the integrity of a received encryption key.
  • the encryption key is made up of a sequence of bits. In general, each bit is associated with a polarization state of a photon. Then, the polarized coded light flux is attenuated. The probability of detecting two photons associated with the same bit is, therefore, negligible.
  • the transmitter can encode the encryption key in two non-orthogonal states (a given polarization state and a 45 ° state). On this subject, Bennett writes the article "Quantum Cryptography using any two Nonorthogonal states" in Physics Review letters 68 in 1992. On reception, the detection states are chosen from a two-state base. These two detection states are orthogonal respectively to each of the states of the base used by the transmitter. During transmission, the choice of emission and detection states is made independently of each other.
  • the probability of detection is zero.
  • the measurement result is certain, there is no ambiguity.
  • the probability of detecting the photon is 0.5. If the photon is detected, it is certain that the state of the emitter is 45 ° from the state of the receiver. There is no ambiguity. Whatever the polarization configuration, there is always a possibility of not detecting the photon. This non-detection of the photon makes it ambiguous to deduce the choice of polarization of the transmitter from knowledge of the state of the receiver. It is this ambiguity about polarization that is used in quantum cryptography. A non-recipient will not be able to reproduce the message because they will not be able to avoid the loss of information.
  • This quantum cryptography is said by polarization ambiguity due to the use of polarization states of photons. It poses a number of problems. They are linked to the coding of the encryption key on the polarization states of the photons of a light flux.
  • the transmission faces a problem of polarization distortion. For example, during transmission by optical fibers, this requires devices which are complex to implement and of high cost. For example,
  • the present invention proposes an alternative: quantum cryptography by ambiguity in the time domain. Its implementation is simpler because it is protected among other things from transmission problems by optical fibers. Indeed, two photons emitted successively with a time difference ⁇ t will be received in the order of emission with the same time difference ⁇ t, regardless of the transmission medium.
  • the subject of the invention is a method of coding digital data intended for transmission by particle flow such that the probability of emission of two particles per period is negligible, characterized in that it comprises the transformation of the sequence of K bits of digital data in a train of K pulses of flow of particles of temporal width ⁇ T whose periodicity Tb is predetermined knowing that each of the K pulses is shifted or not temporally such that the k ⁇ e m e j m p U
  • FIG. 1 the representation of the value of a bit transmitted in the form of a pulse according to the invention
  • FIG. 5 a second embodiment of the second variant of the coder 1 according to the invention.
  • FIG. 6 the mechanical chopper disc of the third and fourth embodiments of the second variant of the encoder 1 according to the invention
  • FIG. 7 (a) a third embodiment of the second variant of the coder 1 according to the invention.
  • FIG. 10 a first exemplary embodiment of the transmission system by quantum cryptography according to the invention, - Figure 11 (a) and 11 (b), two variants of the decoder according to the invention,
  • the principle of the present invention resides in the reproduction of the state of the art polarization ambiguity diagram in the time domain.
  • the information is coded in pulses of temporal width ⁇ T as shown in FIG. 1.
  • These pulses can, for example, be light pulses. They can generally be pulses of particle fluxes (photons, electrons, positrons ).
  • Each time period of duration Tb is associated with a bit of digital data constituting the information to be coded.
  • One of the pulses is associated with the bit of value "0" (the one shifted by tO relative to the initial instant of the period of duration Tb), the other with the bit with value "1" (the one shifted by t1) .
  • the duration Tb is such that it verifies the following relation Tb> ⁇ T + lt1-t0l.
  • tO and t1 are such that 0 ⁇ t0, t1 ⁇ Tb - ⁇ T and 0 ⁇ It1 -toi ⁇ T.
  • the receiver detects a photon during the recovery period, it cannot know what type of pulse it comes from, so what is the value "0" or "1" of the bit that was sent. In order to detect the value of the bit unambiguously, only the photons received in two time windows given in FIG. 2 are observed. One of the windows allows you to observe the first half of the first pulse, and the other the second half of the second pulse. Therefore, the photons arriving at the receiver during the overlap time interval ⁇ t are not observed. More explicitly, the decoding comprises: • the observation of the particle flow received over one or two time windows for each of the periods of duration Tb of reception of a bit,
  • the first observation time window begins at time tO (included) and ends at time t1 (excluded)
  • the second observation window starts, if necessary, at time t1 + ⁇ t (excluded) and ends at time t1 + T (included) or vice versa
  • the first observation time window begins at time t1 (included) and ends at time tO (excluded)
  • the second observation window starts, if necessary, at time tO + ⁇ t (excluded) and ends at time tO + T (included) or vice versa
  • the bits are sent according to the format of figure 1 and the observation windows of the receiver are given by figure 2.
  • the particle flow pulses carrying the information to be transmitted in the form of a time offset are, for example:
  • the various coders 1 and decoders 3 envisaged in FIGS. 3 to 12 are given by way of example. They illustrate coding on a light beam. More generally, any type of particle flux (photons, electrons, positrons, etc.) can be considered.
  • the encoder 1 comprises at least one source with coded pulses 11 +3 . It directly produces particle flux pulses of temporal width ⁇ T and of periodicity Tb. The pulses from this source are further shifted by t0 or t1 according to the value of the information bits to be coded.
  • the values of the time offsets tO and t1 are such that 0 ⁇ tO.tl ⁇ Tb - ⁇ T and 0 ⁇ It1-t0l ⁇ T.
  • FIG. 3 shows a second variant of the encoder 1 using a modulator 131.
  • the modulator 131 is electro-optical or acousto-optical ...
  • the encoder 1 comprises a pulse source 11 +2 .
  • This source 11 + 2 delivers a flow of particles in the form of a train of pulses of temporal width ⁇ T and of periodicity Tb.
  • the 11 +2 pulse source is, for example, a mode-locked laser. Mode-locked lasers produce pulse trains separated by a constant time interval equal to the round trip time in the laser cavity. It is difficult to act on the laser in order to be able to produce the desired time offsets according to the bits to be coded.
  • the retarder 13 causes the pulses to traverse or not a delay line according to the desired offset determined by the bits to be coded.
  • a retarder 13 can, for example, be produced using a modulator 131 which makes it possible to switch the polarization between two directions specific to the polarizing prisms 132s and 132R placed downstream.
  • the polarizing prism 132s then guides the pulses according to their polarizations towards a first or a second path.
  • the second polarizing prism 132R brings them back to the output of the retarder 13.
  • the path traveled is more or less long. For example, if the impulse is not offset, it follows a direct path and if it is offset, it follows an elongated path.
  • the first embodiment of the third variant of the encoder 1 presented by FIG. 3 (a) is simple.
  • the beam from the laser 11 passes through a modulator 121.
  • the modulator 121 has two operating modes: an active mode and an inactive mode. It can be electro-optical, acousto-optical, etc.
  • the modulator 121 receives a control signal which has two states. One of the states corresponding to the inactive mode and the other state to the active mode.
  • Figure 3 (b) shows the control voltage of an electro-optical modulator 121. Its shape is adapted to the creation of pulses of temporal width ⁇ T at a rate Tb with a time offset tO or t1 according to the value "0" or "1" of the bits.
  • the modulator 121 When the control voltage reaches a threshold value V ⁇ , the modulator 121 is active. An active modulator 121 switches the polarization of the light beam passing through it by 90 °. A polarizer 122 is placed downstream of the modulator 121. The polarizer 122 switches off the beam when the modulator 121 is not activated. In fact, the polarizer 122 only lets the beam pass when its polarization corresponds to that obtained at the output of the active modulator 121. Therefore, at rest, no beam is transmitted by the 12 + 3 system.
  • This first embodiment of the third variant of the coder 1 therefore comprises a source 11 of particles in continuous flow followed by a coded pulse cutter 12 +3 having at least one coded pulse recorder 121 receiving the continuous flow , and a switch 122 allowing transmission only during the recorded pulse.
  • Another technique consists in using a mechanical chopper 123 which cuts pulses of temporal width ⁇ T given at the desired rate Tb on a continuous flow of particles.
  • Figure 5 shows a second embodiment of the third variant of the encoder 1. It uses a mechanical chopper whose disc 123 ⁇ has only one opening.
  • a phase control device 124 generates a voltage (VCO) for controlling the speed of rotation of the disc 123 ⁇ .
  • VCO voltage
  • the variation of the control voltage makes it possible to more or less phase-shift the rotation of the disc and, therefore, to temporally offset by time t0 or t1 the creation of a pulse in the beam coming from the laser 11.
  • the use of a disc 123 2 with two openings like the one presented in FIG. 6 eliminates the need to control the phase of rotation of the disc. So that the pulses are of the same shape and of the same duration T, the two openings are of identical shape (triangles, squares, rectangles ). In addition, they are diametrically opposed and offset by 1/2 of an opening. The two pulses created are thus offset by half a width.
  • the advantage is to ensure the offset of ⁇ T / 2 regardless of the spectral width of rotation of the disc. For an offset other than ⁇ T / 2, the offset is no longer 1/2 opening but adapted to the desired time offset.
  • the two pulses are created on two separate beams because of orthogonal polarizations, as shown in Figures 7 (a) and 8.
  • the beam from the laser 11 is separated into two beams.
  • the polarizations of these two beams are orthogonal. This separation is carried out, for example, using a 122 M polarizing prism.
  • the disc 123 2 is placed such that one of the beams passes directly through one of the openings.
  • the other beam is guided towards the other opening by, for example, a 125 "mirror.
  • One of the beams then comprises pulses at times t1 and the other beam of pulses at times tO. For coding information, it is then necessary to choose one or the other of the two impulses.
  • the third embodiment of the third variant of the encoder 1 presented by FIG. 7 (a) proposes a first device for choosing pulses.
  • the two beams are recombined after their passage in the disc 123 2 .
  • a 122v repolarizer cube performs this recombination. he is placed on the path of one of the beams.
  • the other beam is guided towards the repolarizing cube 122 v using, for example, a mirror 125 '.
  • the recombined beam presents the two types of pulses t0 and t1 each on a given polarization as shown in Figure 7 (b).
  • the device of choice is placed on the light beam resulting from the recombination.
  • the modulator 121 includes, for example, a modulator 121 which is activated or not depending on the chosen pulse.
  • the modulator 121 places the selected pulses corresponding to the data to be coded on a given polarization. Then, the device of choice lets through only the polarization containing the pulses chosen using a polarizer 122.
  • the selection device presented by the fourth embodiment of the third variant of the encoder 1 in FIG. 8 is produced according to another technique. It is an optical referral technique. It uses, for example, a Mach-Zender i interferometer set to zero path difference.
  • the interferometer has two input and output channels as shown in Figures 9 (a) and 9 (b).
  • one or other of the input channels is connected to one or other of the exit routes.
  • This phase shift can be easily achieved by mounting one of the mirrors 125j "'on a piezoelectric shim 127
  • the embodiments of the third variant of the encoder 1 in FIGS. 7 and 8 show a coded pulse cutter 12 + 3 which has a given structure.
  • the coded pulse cutter 12 +3 comprises at least one particle stream separator 122 on two channels. 123 proper makes it possible to cut out pulses offset by tO on the first channel and by t1 on the second channel from the flow of particles.
  • a device (121 + 122 or i) makes it possible to choose the pulse offset by tO or of t1 according to the value "0" or "1" of the bit to code over this period.
  • the fourth variant of encoder 1 is not illustrated. It has a source providing a continuous flow of particles (single mode laser ). In the continuous flow, pulses of temporal width ⁇ T are cut at a rate Tb. They are produced by a pulse cutter 12 generating pulses either not offset, or all offset by t (0 ⁇ t ⁇ Tb - ⁇ T).
  • the pulse cutter 12 can be of structure, for example, similar to that of the coded pulse cutters 12 +3 described above.
  • the pulses are then offset or not by a retarder 13 (for example similar to that of the second variant of the encoder 1).
  • the pulses at the output of the self-timer 13 then carries the information to be transmitted according to, for example, the diagram in FIG. 1.
  • an encoder 1 comprising, for example, a cutter d 'pulses coded 12 +3 on the flow of particles coming from a continuous source 11, they must be attenuated.
  • the probability that the decoder 3 represented in FIG. 10 detects two photons in the same pulse must be negligible. It is this principle that brings the quantum dimension of cryptography.
  • the attenuator 2 is placed after the encoder 1 in the transmitter. It comprises a half-wave plate 21 followed by a polarizer 22 which produces two beams: a "key" attenuated beam and an annex beam. The intense beam exiting through the annex channel can also be transmitted to the receiver.
  • the "sync" signal is transmitted either directly in optical form, or in the form of a microwave signal ...
  • a first variant of the decoder 3 presented in FIG. 11 (a) comprises a photon counter 31 ′ activated only during the observation windows represented in FIG. 2. Depending on the detection of a photon of the "key” quantum signal by the photon counter 31 'in one or other of the observation windows, the decoder 3 decides that a bit of value "0" or "1" has been sent. If the photon counter 31 ′ does not detect a photon in one or other of the observation windows, the decoder 3 decides that there is no reception. It cannot determine whether this non-reception is due to poor quality transmission or interception by a third person.
  • a second variant of the decoder 3 proposed by FIG. 11 (b) can be used.
  • the laser 11 used to produce such pulses can be, for example, a mode-locked laser.
  • the photons of the received "key" quantum signal are filtered by a filter of spectral width ⁇ v.
  • the photons of spectral width ⁇ v are observed by the photon counter 31 'activated on the observation windows presented in FIG. 2.
  • the photons reflected by the filter ⁇ v are also counted by a photon counter 31 ".
  • the comparator 32 checks if the number N ⁇ f of reflected photons is greater than much greater than the numbers N ⁇ v of photons observed in the observation windows If this is the case, the decoder 3 decides that the information transmitted has been intercepted by a third person Otherwise, depending on whether the photon counter 31 ′ detects a photon in one or other of the observation windows, the decoder 3 decides that a bit of value "0" or "1" has been sent. , if the photon counter 31 ′ does not detect a photon in one or other of the observation windows, the decoder 3 decides that there is non-reception. It cannot determine whether this non-reception is due poor transmission or interception by a third party.
  • the durations of the pulses can be, then, between 10 ps and 100 fs. These values are much lower than the response times of certain existing photon counters (typically 1 ns).
  • the photon counter (31, 31 ') cannot distinguish an offset pulse from a non-offset pulse, or an offset pulse from t0 from that offset from t1.
  • This function can then be performed using, for example, an optical gate (not shown in the figures) upstream of the photon counter (31, 31 '). This door is electrically controlled. It must be fast enough to make it possible to produce detection gates of sufficiently short duration corresponding to the observation windows of FIG. 2 if the photon counter (31, 31 ') has too long a response time.
  • the decoder 3 presented in FIGS. 11 (a) and 11 (b) therefore comprises at least one particle counter 31 ′ either activated on the observation windows of FIG. 2, or placed downstream of a door producing particle detection doors corresponding to these windows. If the pulses emitted by the transmitter are in a minimal state, the decoder read
  • ⁇ v may, in addition, include a filter of spectral width ⁇ v upstream of the particle counter 31 '. It can also include a particle counter 31 "on the flux reflected by the filter ⁇ v and a comparator 32 receiving the number of particles detected by the particle counters 31 'and 31" capable of detecting the interception of transmission by a third.
  • FIG. 12 shows a second embodiment of the transmission system by quantum cryptography with time coding according to the invention.
  • a pulse source 11 +2 delivers the flow of particles in the form of a train of pulses of temporal width ⁇ T and of periodicity Tb.
  • the transmission system used may have the structure of an interferometer as Figure 12 shows it.
  • the retarder 13 then comprises the separator element of the interferometer. The particle flow is thus separated into two parts sent to the two arms of the interferometer.
  • the attenuator can, for example, use the auxiliary stream as a synchronization signal "sync" from the transmitter to the receiver.
  • the decoder 3 then makes or not pass the pulse of the other arm of the interferometer in a delay line of identical duration ⁇ T / 2.
  • the self-timer 13 and the decoder 3 have chosen the same delay 0 or ⁇ T / 2, then the probability of detecting a photon is 100% in one of the output channels (channel a) and zero in the other channel ( track b). If the self-timer 13 and the decoder 3 have chosen different delays, then the probability of detecting a photon is 50% in each channel.
  • the particle counter 31' can, for example, be replaced by the device presented by the Figure 11 (b) if the pulses transmitted are in a minimal state.
  • An additional advantage of temporal ambiguity cryptography compared to polarization ambiguity is that the probability that an additional advantage of temporal ambiguity cryptography compared to polarization ambiguity is that the probability that decoder 3 detects a photon is greater when the decoder 3 uses the two observation windows.

Abstract

La cryptographie quantique par ambiguïté de polarisation est la plus utilisée mais elle nécessite un maintien de polarisation. La présente invention propose une alternative: la cryptographie quantique par ambiguïté domaine temporelle. Elle comporte la transformation de K bits à émettre en un train de K impulsions de flux de particules de largeur temporelle ΔT dont la périodicité Tb est prédéterminée sachant que chacune des K impulsions est décalée ou non temporellement telle que la kième impulsion est décalée d'une durée t0, respectivement t1, par rapport à l'instant initial de la période suivant la valeur '0', respectivement '1', du kième bit avec k entier tel que 0≤k∫K et les décalages t0 et t1 sont tels que 0≤t0,t1≤Tb - ΔT et 0∫|t1-t0|∫ΔT.

Description

PROCEDE ET SYSTEME DE TRANSMISSION PAR CRYPTOGRAPHIE QUANTIQUE
L'invention concerne le domaine de la cryptographie.
Grâce à la cryptographie, un message ne peut être lu que par son destinataire. Une clé est utilisée pour crypter le message. Seul le possesseur de la clé est capable de lire le message en réception.
La clé de cryptage doit, donc, être transmise par l'émetteur au destinataire du message crypté. Cette transmission est effectuée tel que seul le destinataire du message crypté reçoit cette clé de cryptage. L'interception, par un tiers, de la clé de cryptage est détectée par l'émetteur ou le destinataire. Ainsi, la clé de cryptage ou les éléments de la clé détectés
« comme interceptés ne sont pas utilisés pour le cryptage du message.
Un exemple de principe de transmission de clés de cryptage est celui de la cryptographie quantique. Il consiste à utiliser des propriétés physiques pour s'assurer de l'intégrité d'une clé de cryptage reçue.
La clé de cryptage est composée d'une séquence de bits. En général, à chaque bit est associé un état de polarisation d'un photon. Puis, le flux lumineux codé par polarisation est atténué. La probabilité de détecter deux photons associés à un même bit est, alors, négligeable. L'émetteur peut coder la clé de cryptage sur deux états non orthogonaux (un état de polarisation donné et un état à 45°). A ce sujet, Bennett écrit l'article "Quantum Cryptography using any two Nonorthogonal states" dans Physics Review letters 68 en 1992. En réception, les états de détection sont choisis dans une base à deux états. Ces deux états de détection sont orthogonaux respectivement à chacun des états de la base utilisée par l'émetteur. Durant la transmission, le choix des états d'émission et de détection est fait indépendamment l'un de l'autre.
Si les états choisis par l'émetteur et le récepteur sont orthogonaux, la probabilité de détection est nulle. Le résultat de mesure est certain, il n'y a pas d'ambiguïté. Dans le cas où ils ne seraient pas orthogonaux, il y a deux résultats de mesure possibles car la probabilité de détecter le photon est de 0,5. Si le photon est détecté, il est certain que l'état de l'émetteur est à 45° de l'état du récepteur. Il n'y a pas d'ambiguïté. Quelle que soit la configuration de polarisation, il y a toujours une possibilité de ne pas détecter le photon. Cette non-détection du photon rend ambiguë la déduction du choix de polarisation de l'émetteur à partir de la connaissance de l'état du récepteur. C'est cette ambiguïté sur la polarisation qui est utilisé dans la cryptographie quantique. Une personne non-destinataire ne pourra pas reproduire le message car elle ne pourra pas éviter la perte d'information.
Cette cryptographie quantique est dite par ambiguïté de polarisation en raison de l'utilisation des états de polarisation des photons. Elle pose un certain nombre de problèmes. Ils sont liés au codage de la clé de cryptage sur les états de polarisation des photons d'un flux lumineux. Or, la transmission est confrontée à un problème de distorsion de la polarisation. Par exemple, lors de la transmission par fibres optiques, cela nécessite des dispositifs complexes à mettre en œuvre et de coûts élevés. Par exemple,
• soit l'utilisation de fibres à maintien de polarisation, dont le coût est élevé et la mise en œuvre complexe,
• soit l'utilisation de systèmes complexes mettant en œuvre, par exemple, des rotateurs de Faraday.
La présente invention propose une alternative: la cryptographie quantique par ambiguïté dans le domaine temporel. Sa mise en œuvre est plus simple car protégée entre autres des problèmes de transmission par fibres optiques. En effet, deux photons émis successivement avec un écart temporel Δt seront reçu dans l'ordre d'émission avec le même écart temporel Δt, indépendamment du milieu de transmission.
L'invention a pour objet un procédé de codage de données numériques destiné à la transmission par flux de particules tel que la probabilité d'émission de deux particules par période est négligeable, caractérisé en ce qu'il comporte la transformation de la séquence de K bits de données numériques en un train de K impulsions de flux de particules de largeur temporelle ΔT dont la périodicité Tb est prédéterminée sachant que chacune des K impulsions est décalée ou non temporellement telle que la k ιeme jmpU|sjon est décalée d'une durée tO, respectivement t1 , par rapport à l'instant initial de la période suivant la valeur "0", respectivement "1 ", du kième bit avec k entier tel que 0 < k < K et les décalages tO et t1 sont tels que 0 < t0,t1 < Tb - ΔT et 0 < It1 -tOI < ΔT.
L'invention propose un procédé de décodage de données numériques codées selon le procédé caractérisé en ce que, sachant Δt=ΔT- It1 -t0l, il comporte : • l'observation du flux de particules reçu sur une ou deux fenêtres temporelles pour chacune des périodes de durée Tb de réception d'un bit, la détection de particules dans la ou les fenêtres d'observation temporelles délivrant soit un bit de valeur "0" ou "1 " soit un signal indiquant l'ambiguïté.
Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description, faite à titre d'exemple, et des figures s'y rapportant qui représentent :
- Figure 1 , la représentation de la valeur d'un bit émis sous forme d'impulsion selon l'invention,
- Figure 2, les fenêtres temporelles d'observation du décodeur selon l'invention, - Figure 3(a), un premier exemple de réalisation d'une deuxième variante du codeur 1 selon l'invention,
- Figure 3(b), la représentation de la valeur d'un bit à émettre sous forme de signal de commande du modulateur inclus dans le codeur 1 de la figure 3(a), - Figure 4, une troisième variante du codeur 1 selon l'invention,
- Figure 5, un deuxième exemple de réalisation de la deuxième variante du codeur 1 selon l'invention,
- Figure 6, le disque du chopper mécanique des troisième et quatrième exemples de réalisation de la deuxième variante du codeur 1 selon l'invention,
- Figure 7(a), une troisième exemple de réalisation de la deuxième variante du codeur 1 selon l'invention,
- Figure 7(b), une représentation du flux lumineux à l'entrée du modulateur du codeur 1 de la figure 6(a), - Figure 8, un quatrième exemple de réalisation de la deuxième variante du codeur 1 selon l'invention,
- Figure 9(a) et 9(b), Pinterféromètre de Mach-Zender du codeur 1 de la figure 7 dans ses deux états différents,
- Figure 10, un premier exemple de réalisation du système de transmission par cryptographie quantique selon l'invention, - Figure 11 (a) et 11 (b), deux variantes du décodeur selon l'invention,
- Figure 12, un deuxième exemple de réalisation du système de transmission par cryptographie quantique selon l'invention.
Le principe de la présente invention réside dans la reproduction du schéma d'ambiguïté de polarisation de l'état de l'art dans le domaine temporel.
Pour cela l'information est codée dans des impulsions de largeur temporelle ΔT comme représenté sur la figure 1. Ces impulsions peuvent, par exemple, être des impulsions lumineuses. Elles peuvent de manière générale être des impulsions de flux de particules (photons, électrons, positrons...). L'émetteur produit deux types d'impulsions décalées temporellement de, par exemple, lt1-tOI=ΔT/2 l'une par rapport à l'autre. A chaque période de temps de durée Tb est associée un bit des données numériques constituant l'information à coder. L'une des impulsions est associées au bit de valeur "0" (celle décalée de tO par rapport à l'instant initial de la période de durée Tb), l'autre au bit de valeur "1 "(celle décalée de t1). La durée Tb est telle qu'elle vérifie la relation suivante Tb > ΔT+lt1-t0l. Les deux impulsions sont décalées telles qu'elles se recouvrent pendant un intervalle de temps de Δt = ΔT - It1 - toi (= ΔT/2, dans notre exemple) >0. Sur l'exemple de la figure 1 , l'impulsion associée au bit de valeur "1 " est retardée par rapport à l'impulsion associée au bit de valeur "0" et t0=0. De manière générale, tO et t1 sont telles que 0 < t0,t1 < Tb - ΔT et 0 < It1 -toi < ΔT. Si le récepteur détecte un photon pendant la période de recouvrement, il ne peut pas savoir de quel type d'impulsion il provient, donc quelle est la valeur "0" ou "1 " du bit qui a été émis. Afin de détecter la valeur du bit de manière non ambiguë, seuls les photons reçus dans deux fenêtres temporelles données sur la figure 2 sont observés. L'une des fenêtres permet d'observer la première moitié de la première impulsion, et l'autre la deuxième moitié de la deuxième impulsion. Donc, les photons arrivant au récepteur durant l'intervalle de temps de recouvrement Δt ne sont pas observés. De manière plus explicite, le décodage comporte : • l'observation du flux de particules reçu sur une ou deux fenêtres temporelles pour chacune des périodes de durée Tb de réception d'un bit,
- si tO < t1 , la première fenêtre temporelle d'observation débute à l'instant tO (inclus) et se termine à l'instant t1 (exclus), la deuxième fenêtre d'observation débute, le cas échéant, à l'instant t1+Δt (exclus) et se termine à l'instant t1+T (inclus) ou vice versa,
- si t1 < tO, la première fenêtre temporelle d'observation débute à l'instant t1 (inclus) et se termine à l'instant tO (exclus), la deuxième fenêtre d'observation débute, le cas échéant, à l'instant tO+Δt (exclus) et se termine à l'instant tO+T (inclus) ou vice versa,
• la détection de particules dans la ou les fenêtres d'observation temporelles délivrant:
- un bit de valeur "0" : > si tO < t1 , lorsqu'une particule est détectée dans la fenêtre débutant à tO de la période k,
> si t1 < tO, lorsqu'une particule est détectée dans la fenêtre débutant à tO + Δt de la période k,
- un bit de valeur "1 " : > si t1 < tO, lorsqu'une particule est détectée dans la fenêtre débutant à t1 de la période k,
> si tO < t1 , lorsqu'une particule est détectée dans la fenêtre débutant à t1 + Δt de la période k,
- un signal indiquant une ambiguïté sur la valeur du bit si aucune particule n'a été détecté dans la première et, le cas échéant, dans la deuxième fenêtre d'observation. Dans notre exemple, les bits sont émis suivant le format de la figure 1 et les fenêtres d'observations du récepteur sont données par la figure 2.
Les impulsions de flux de particules portant l'information à transmettre sous forme de décalage temporel sont, par exemple :
• [CODEUR A] Soit produites directement par une source à impulsions codées 11+3 (par exemple, un laser générant un faisceau laser discontinu suivant le schéma des impulsions codées présenté sur la figure 1 ), • [CODEUR B] Soit décalées temporellement de tO ou t1 suivant les données à coder par un retardateur 13 commandable recevant un flux d'impulsions de particules provenant d'une source à impulsions +2, • [CODEUR C] Soit découpées avec le décalage temporel adéquat (tO ou t1) suivant les données à coder par un découpeur d'impulsions codées 12+3 à la cadence Tb dans un faisceau continu issu d'un laser
11 ,
• [CODEUR D] Soit découpées par un découpeur d'impulsions 12 à la cadence Tb dans un faisceau continu issu d'une source 11 puis décalées temporellement de tO ou t1 suivant les données à coder par un retardateur 13 commandable,
Les différents codeurs 1 et décodeurs 3 envisagés sur les figures 3 à 12 sont donnés à titre d'exemple. Elles illustrent le codage sur faisceau lumineux. Plus généralement, tout type de flux de particules (photons, électrons, positrons..) peut être considéré.
[CODEUR A] La première variante du codeur 1 n'est pas illustrée. Le codeur 1 comporte au moins une source à impulsions codées 11+3. Elle produit directement des impulsions de flux de particules de largeur temporelle ΔT et de périodicité Tb. Les impulsions issues de cette source sont de plus décalées de tO ou t1 suivant la valeur des bits d'information à coder. Les valeurs des décalages temporels tO et t1 sont telles que 0 < tO.tl < Tb - ΔT et 0 < It1-t0l < ΔT. Dans notre exemple, la source 11+3 est un laser, par exemple modes-lockés, produisant des impulsions lumineuses selon le schéma de la figure 1 avec t0=0.
[CODEUR B] La figure 3 montre une deuxième variante du codeur 1 utilisant un modulateur 131. Le modulateur 131 est électro-optique ou acousto-optique... Le codeur 1 comporte une source à impulsions 11+2. Cette source 11 +2 délivre un flux de particules sous forme d'un train d'impulsions de largeur temporelle ΔT et de périodicité Tb. La source à impulsions 11+2 est, par exemple, un laser modes-lockés. Les lasers modes-lockés produisent des trains d'impulsions séparées par un intervalle de temps constant égal au temps d'aller-retour dans la cavité du laser. Il est difficile d'agir sur le laser pour pouvoir produire les décalages temporels désirés suivant les bits à coder. C'est pourquoi, dans la variante proposée par la figure 4, ces décalages sont produits à l'extérieur du laser 11+2 au moyen d'un retardateur 13 commandable. Le retardateur 13 fait parcourir ou non aux impulsions une ligne à retard suivant le décalage désiré et déterminé par les bits à coder. Un tel retardateur 13 peut, par exemple, être réalisé à l'aide d'un modulateur 131 qui permet de basculer la polarisation entre deux directions propres aux prismes polariseurs 132s et 132R placés en aval. Le prisme polariseur 132s guide, alors, les impulsions suivant leurs polarisations vers un premier ou un deuxième trajet. Et, le second prisme polariseur 132R les ramène sur la sortie du retardateur 13. Suivant le trajet suivi par les impulsions, le chemin parcouru est plus ou moins long. Par exemple, si l'impulsion n'est pas décalée, elle suit un trajet direct et si elle est décalée, elle suit un chemin allongé.
[CODEUR C] Le premier exemple de réalisation de la troisième variante du codeur 1 présentée par la figure 3(a) est simple. Le faisceau issu du laser 11 passe au travers d'un modulateur 121. Le modulateur 121 a deux modes de fonctionnement: un mode actif et un mode inactif. Il peut être électro-optique, acousto-optique... Le modulateur 121 reçoit un signal de commande qui possède deux états. L'un des état correspondant au mode inactif et l'autre état au mode actif. La figure 3(b) montre la tension de commande d'un modulateur 121 électro-optique. Sa forme est adaptée à la création d'impulsions de largeur temporelle ΔT à une cadence Tb avec un décalage temporel tO ou t1 suivant la valeur "0" ou "1 " des bits. Lorsque la tension de commande atteint une valeur seuil Vπ, le modulateur 121 est actif. Un modulateur 121 actif fait basculer de 90° la polarisation du faisceau lumineux qui le traverse. Un polariseur 122 est placé en aval du modulateur 121. Le polariseur 122 éteint le faisceau lorsque le modulateur 121 n'est pas activé. En fait, le polariseur 122 ne laisse passer le faisceau uniquement lorsque sa polarisation correspond à celle obtenue en sortie du modulateur 121 actif. Donc, au repos, aucun faisceau n'est transmis par le système 12+3. Ce premier exemple de réalisation de la troisième variante du codeur 1 comporte, donc, une source 11 de particules à flux continu suivi d'un découpeur d'impulsions codées 12+3 ayant au moins un enregistreur d'impulsions codées 121 recevant le flux continu, et un commutateur 122 permettant la transmission uniquement durant l'impulsion enregistrée. Une autre technique consiste à utiliser un chopper mécanique 123 qui découpe des impulsions de largeur temporelle ΔT donnée à la cadence Tb désirée sur un flux de particules continu.
La figure 5 présente un deuxième exemple de réalisation de la troisième variante du codeur 1. Elle utilise un chopper mécanique dont le disque 123ι n'a qu'une ouverture. Un dispositif de contrôle de la phase 124 génère une tension (VCO) de commande de la vitesse de rotation du disque 123ι. La variation de la tension de commande permet de déphaser plus ou moins la rotation du disque et, donc, de décaler temporellement d'une durée tO ou t1 la création d'une impulsion dans le faisceau provenant du laser 11.
L'utilisation d'un disque 1232 à deux ouvertures comme celui présenté sur la figure 6 permet de ne pas avoir à contrôler la phase de rotation du disque. Afin que les impulsions soient de mêmes formes et de même durée T, les deux ouvertures sont de formes identiques (triangles, carrés, rectangles...). De plus, elles sont diamétralement opposées et décalées d'une 1/2 d'ouverture. Les deux impulsions créées sont ainsi décalées d'une demi largeur. L'avantage est d'assurer le décalage de ΔT/2 indépendamment de la largeur spectrale de rotation du disque. Pour un décalage différent de ΔT/2, le décalage n'est plus d'1/2 ouverture mais adapté au décalage temporel souhaité.
Les deux impulsions sont crées sur deux faisceaux distincts car de polarisations orthogonales, comme le montrent les figures 7(a) et 8. Pour cela, le faisceau issu du laser 11 est séparé en deux faisceaux. Les polarisations de ces deux faisceaux sont orthogonales. Cette séparation est réalisée, par exemple, à l'aide d'un prisme polariseur 122M. Le disque 1232 est placé tel que l'un des faisceaux traverse directement l'une des ouvertures. L'autre faisceau est guidé vers l'autre ouverture par, par exemple, un miroir 125". L'un des faisceaux comporte, alors, des impulsions aux instants t1 et l'autre faisceau des impulsions aux instants tO. Pour le codage de l'information, il faut, alors, choisir l'une ou l'autre des deux impulsions.
Le troisième exemple de réalisation de la troisième variante du codeur 1 présentée par la figure 7(a) propose un premier dispositif de choix d'impulsions. Les deux faisceaux sont recombinés après leur passage dans le disque 1232. Un cube repolariseur 122v effectue cette recombinaison. Il est placé sur le trajet de l'un des faisceaux. L'autre faisceau est guidé vers le cube repolariseur 122v à l'aide, par exemple, d'un miroir 125'. Le faisceau recombiné présente les deux types d'impulsions tO et t1 chacun sur une polarisation donnée comme le montre la figure 7(b). Le dispositif de choix est placé sur le faisceau lumineux issu de la recombinaison. Il comporte, par exemple, un modulateur 121 qui est activé ou non suivant l'impulsion choisie. Le modulateur 121 place les impulsions choisie correspondant aux données à coder sur une polarisation donnée. Puis, le dispositif de choix laisse passer uniquement la polarisation contenant les impulsions choisies à l'aide d'un polariseur 122.
Le dispositif de choix présenté par le quatrième exemple de réalisation de la troisième variante du codeur 1 sur la figure 8 est réalisé suivant une autre technique. C'est une technique d'aiguillage optique. Elle utilise, par exemple, un interféromètre de Mach-Zender i réglé à différence de marche nulle. L'interféromètre a deux voies d'entrée et de sortie comme le montrent les figures 9(a) et 9(b). Suivant le déphasage introduit dans l'un des bras de l'interféromètre (0 pour tO ou π pour t1 , par exemple), l'une ou l'autre des voies d'entrées est connectée à l'une ou l'autre des voies de sortie. Ce déphasage peut être facilement réalisé en montant l'un des miroirs 125j"' sur une cale piézo-électrique 127|. Cela permet d'allonger la longueur d'un des bras d'une longueur égale à une longueur d'onde. Une lame demi-onde 126 peut être utilisée sur l'une des voies d'entrée de l'interféromètre i. Les polarisations des deux faisceaux sont, alors, identiques à l'entrée de l'interféromètre i. Les exemples de réalisation de la troisième variante du codeur 1 des figures 7 et 8 montrent un découpeur d'impulsions codées 12+3 qui a une structure donnée. Le découpeur d'impulsions codées 12+3 comporte au moins un séparateur 122 de flux de particules sur deux voies. Un découpeur 123 proprement dit permet de découper sur le flux de particules des impulsions décalées de tO sur la première voie et de t1 sur la deuxième voie. Un dispositif (121+122 ou i) permet de choisir à chaque période l'impulsion décalée de tO ou de t1 suivant la valeur "0" ou "1 " du bit à coder sur cette période.
[CODEUR D] La quatrième variante du codeur 1 n'est pas illustrée. Elle comporte une source fournissant un flux de particules continu (laser monomode...). Dans le flux continu sont découpées des impulsions de largeur temporelle ΔT à une cadence Tb. Elles sont produites par un découpeur d'impulsions 12 générant des impulsions soit non décalées, soit toutes décalées de t (0 < t < Tb - ΔT). Le découpeur d'impulsions 12 peut être de structure, par exemple, semblable à celles des découpeurs d'impulsions codées 12+3 décrits ci-dessus. Les impulsions sont ensuite décalées ou non par un retardateur 13 (par exemple semblable à celui de la deuxième variante du codeur 1 ). Les impulsions en sortie du retardateur 13 porte, alors, l'information à transmettre selon, par exemple, le schéma de la figure 1. Une fois les données codées en impulsions décalées ou non par un codeur 1 comportant, par exemple, un découpeur d'impulsions codées 12+3 sur le flux de particules provenant d'une source continue 11 , elles doivent être atténuées. La probabilité que le décodeur 3 représenté à la figure 10 détecte deux photons dans la même impulsion doit être négligeable. C'est ce principe qui amène la dimension quantique de la cryptographie. L'atténuateur 2 est placé après le codeur 1 dans l'émetteur. Il comporte une lame demi-onde 21 suivie d'un polariseur 22 qui produit deux faisceaux: un faisceau atténué "clé" et un faisceau annexe. Le faisceau intense sortant par la voie annexe peut également être transmis vers le récepteur. Il sert, par exemple, à créer un signal "sync" de référence pour la synchronisation de l'horloge du récepteur. En particulier, il permet de synchroniser le décodeur 3. Le signal "sync" est transmis soit directement sous forme optique, soit sous forme d'un signal hyperfréquence...
Une première variante du décodeur 3 présenté par la figure 11 (a) comporte un compteur de photons 31 ' activé uniquement pendant les fenêtres d'observations représentées à la figure 2. Suivant la détection d'un photon du signal quantique "clé" par le compteur de photons 31' dans l'une ou l'autre des fenêtres d'observations, le décodeur 3 décide qu'un bit de valeur "0" ou "1 " a été émis. Si le compteur de photons 31 ' ne détecte pas de photon dans l'une ou l'autre des fenêtres d'observations, le décodeur 3 décide qu'il y a non réception. Il ne peut pas déterminer si cette non réception est due à une transmission de mauvaise qualité ou à l'interception par une tierce personne.
Si les impulsions émises ont une largeur temporelle ΔT et une largeur spectrale Δv qui vérifient la relation d'état minimal Δv.ΔT=1 , une deuxième variante du décodeur 3 proposé par la figure 11 (b) peut être utilisée. Le laser 11 utilisé pour réaliser de telles impulsions peut être, par exemple, un laser mode-lockés. Les photons du signal quantique "clé" reçus sont filtrés par un filtre de largeur spectrale Δv. Les photons de largeur spectrale Δv sont observés par le compteur de photons 31 ' activé sur les fenêtres d'observation présentées par la figure 2. Les photons réfléchis par le filtre Δv sont eux aussi comptés par un compteur de photons 31 ". Le comparateur 32 vérifie si le nombre NΔf de photons réfléchis est supérieur à fortement supérieur au nombres NΔv de photons observés dans les fenêtres d'observations. Si tel est le cas, le décodeur 3 décide que l'information transmise a été interceptée par une tierce personne. Sinon, suivant que le compteur de photons 31 ' détecte un photon dans l'une ou l'autre des fenêtres d'observations, le décodeur 3 décide qu'un bit de valeur "0" ou "1 " a été émis. Enfin, si le compteur de photons 31' ne détecte pas de photon dans l'une ou l'autre des fenêtres d'observations, le décodeur 3 décide qu'il y a non réception. Il ne peut pas déterminer si cette non réception est due à une transmission de mauvaise qualité ou à l'interception par une tierce personne.
Suivant le type de source (11 , 11+2...) utilisée, par exemple un laser modes-lockés, les durées des impulsions peuvent être, alors, situées entre 10 ps et 100 fs. Ces valeurs sont très inférieures aux temps de réponse de certains compteurs de photons existants (typiquement 1 ns). Dans ce cas, le compteur de photon (31 , 31') ne peut pas distinguer un impulsion décalée d'une impulsion non décalée, ou une impulsion décalée de tO de celle décalée de t1. Cette fonction peut, alors, être réalisée en utilisant, par exemple, un porte optique (non représentée sur les figures) en amont du compteur de photon (31 , 31 '). Cette porte est commandée électriquement. Elle doit être suffisamment rapide pour permettre de produire des portes de détection de durée suffisamment courte correspondant aux fenêtres d'observation de la figure 2 si le compteur de photons (31 , 31 ') a un temps de réponse trop long.
Le décodeur 3 présenté sur les figures 11 (a) et 11 (b) comporte, donc, au moins un compteur de particules 31 ' soit activé sur les fenêtres d'observations de la figure 2, soit placé en aval d'une porte produisant des portes de détection des particules correspondant à ces fenêtres. Si les impulsions émises par l'émetteur sont dans un état minimal, le décodeur lu
peut, en outre, comporter un filtre de largeur spectrale Δv en amont du compteur de particules 31'. Il peut, aussi, comporter un compteur de particules 31" sur le flux réfléchi par le filtre Δv et un comparateur 32 recevant le nombre de particules détectées par les compteurs de particules 31 ' et 31 " capable de détecter l'interception de la transmission par un tiers.
La figure 12 montre un deuxième exemple de réalisation du système de transmission par cryptographie quantique à codage temporel selon l'invention. Un source à impulsions 11+2 délivre le flux de particules sous forme d'un train d'impulsions de largeur temporel ΔT et de périodicité Tb. Par exemple, si les impulsions sont trop courtes par rapport au temps de commutation d'une porte et/ou pour que le décalage soit détecté par un compteur de particules 31', le système de transmission utilisé peut avoir la structure d'un interféromètre comme le montre la figure 12. Le retardateur 13 comporte, alors, l'élément séparateur de l'interféromètre. Le flux de particules est, ainsi, séparé en deux parties envoyées sur les deux bras de l'interféromètre. Dans l'un des bras, le retardateur 13 peut, par exemple, faire passer ou non l'impulsion dans une ligne à retard de durée ΔT/2 (cas t0=0, t1=T/2) suivant les données à coder. Les flux de particules sont atténués sur les deux bras par l'atténuateur 2 avant d'être émis comme signal "clé". L'atténuateur, peut, par exemple, utiliser le flux annexe comme signal de synchronisation "sync" de l'émetteur avec le récepteur. Le décodeur 3 fait, alors, passer ou non l'impulsion de l'autre bras de l'interféromètre dans une ligne à retard de durée identique ΔT/2. Si le retardateur 13 et le décodeur 3 ont choisi le même retard 0 ou ΔT/2, alors la probabilité de détecter un photon est de 100% dans l'une des voies de sortie (voie a) et nulle dans l'autre voie (voie b). Si le retardateur 13 et le décodeur 3 ont choisi des retards différents, alors la probabilité de détecter un photon est de 50% dans chaque voie. Le fait que le compteur 31 ' détecte une particule dans la voie b, permet de déterminer à coup sûr quel était le retard choisi par le retardateur 13. Le compteur de particule 31 ' peut, par exemple, être remplacé par le dispositif présenté par la figure 11 (b) si les impulsions émises sont dans un état minimal.
Un avantage supplémentaire de la cryptographie par ambiguïté temporelle par rapport à l'ambiguïté de polarisation est que la probabilité que Un avantage supplémentaire de la cryptographie par ambiguïté temporelle par rapport à l'ambiguïté de polarisation est que la probabilité que le décodeur 3 détecte un photon est plus grande lorsque le décodeur 3 utilise les deux fenêtres d'observations.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de codage de données numériques destiné à la transmission par flux de particules tel que la probabilité d'émission de deux particules par période est négligeable, caractérisé en ce qu'il comporte la transformation de la séquence de K bits de données numériques en un train de K impulsions de flux de particules de largeur temporelle ΔT dont la périodicité Tb est prédéterminée sachant que chacune des K impulsions est décalée ou non temporellement telle que la kιerne impulsion est décalée d'une durée tO, respectivement t1 , par rapport à l'instant initial de la période suivant la valeur "0", respectivement "1 ", du kiè Θ bit avec k entier tel que 0 < k < K et les décalages tO et t1 sont tels que 0 < t0,t1 ≤ Tb - ΔT et 0 < It1 -toi < ΔT.
2. Procédé de codage selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il a au moins une ou plusieurs des caractéristiques suivantes:
• le flux de particules généré est un flux lumineux ou un flux de photons ou un flux d'électrons ou un flux de positrons; • les décalages tO et t1 vérifient une ou plusieurs des affirmations suivantes :
- t1 =tO+ΔT/2 ou t0=t1 +ΔT/2,
- t0=0 ou t1=0;
• la largeur temporelle ΔT et la largeur spectrale Δv des impulsions vérifient la relation suivante: Δv.ΔT≈l;
• les données numériques comportent au moins une clé de cryptage.
3. Codeur de données numériques destiné à être utilisé par un émetteur de signaux sur flux de particules tel que la probabilité d'émission de deux particules par période est négligeable, caractérisé en ce qu'il permet au moins de transformer la séquence des K bits de données numériques en un train de K impulsions de flux de particules de largeur temporelle ΔT dont la périodicité Tb est prédéterminée sachant que chacune des K impulsions est décalée ou non temporellement telle que la k'e β impulsion est décalée d'une durée tO, respectivement t1 , par rapport à l'instant initial de la période suivant la valeur "0", respectivement "1 ", du kième bit avec k entier tel que 0 < k < K et les décalages tO et t1 sont tels que 0 ≤ t0,t1 < Tb - ΔT et 0 < It1 -toi < ΔT.
4. Codeur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte au moins : • un dispositif (11 ), appelé source continue, délivrant un flux de particules continu,
• un dispositif (12), appelé découpeur d'impulsions, découpant un train d'impulsions de largeur temporelle ΔT et de périodicité Tb dans le flux de particules continu, et
• un dispositif (13), appelé retardateur, décalant les impulsions découpées dans le flux de particules en adéquation avec la valeur des bits à coder.
5. Codeur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins :
• un dispositif (11+2), appelé source à impulsions, délivrant un flux de particules sous forme d'un train d'impulsions de largeur temporelle ΔT et de périodicité Tb, et
• un dispositif (13), appelé retardateur, décalant les impulsions découpées dans le flux de particules en adéquation avec la valeur des bits à coder.
6. Codeur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins :
• un dispositif (11 ), appelé source continue, délivrant un flux de particules continu,
• un dispositif (12+3), appelé découpeur d'impulsions codées, découpant dans le flux de particules continu un train d'impulsions de largeur temporelle ΔT et de périodicité Tb avec le décalage temporel adéquat suivant la valeur des bits à coder.
7. Codeur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif (11+3), appelé source à impulsions codées, délivrant un flux de particules sous forme d'un train d'impulsions de largeur temporelle ΔT et de périodicité Tb avec le décalage temporel adéquat suivant la valeur des bits à coder.
8. Codeur selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'il a une ou plusieurs des caractéristiques suivantes:
• la source (11 ou 11 +2 ou 11 +3) génère un flux de photons,
• les décalages temporels t, tO et t1 vérifient une ou plusieurs des affirmations suivantes : - t1=tO+ΔT/2 ou tO=t1+ΔT/2, - t0=0 ou t1=0,
• la largeur temporelle ΔT et la largeur spectrale Δv des impulsions vérifient la relation suivante: Δv.ΔT =l;
• les données numériques comporte au moins une clé de cryptage;
9. Emetteur de données numériques comportant au moins un codeur (1 ) de données numériques selon l'une des revendications 3 à 8 en aval d'un atténuateur (2) permettant de réduire le nombre de particules émis par période tel que la probabilité que deux particules soit émis par période Tb est négligeable.
10. Procédé de décodage de données numériques codées selon le procédé de l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, sachant Δt=ΔT-lt1 - tOI, il comporte:
• l'observation du flux de particules reçu sur une ou deux fenêtres temporelles pour chacune des périodes de durée Tb de réception d'un bit,
- si tO < t1 , la première fenêtre temporelle d'observation débute à l'instant tO (inclus) et se termine à l'instant t1 (exclus), la deuxième fenêtre d'observation débute, le cas échéant, à l'instant t1+Δt (exclus) et se termine à l'instant t1+T (inclus) ou vice versa, - si t1 < tO, la première fenêtre temporelle d'observation débute à l'instant t1 (inclus) et se termine à l'instant tO (exclus), la deuxième fenêtre d'observation débute, le cas échéant, à l'instant tO+Δt (exclus) et se termine à l'instant tO+T (inclus) ou vice versa,
• la détection de particules dans la ou les fenêtres d'observation temporelles délivrant:
- un bit de valeur "0" :
> si tO < t1 , lorsqu'une particule est détectée dans la fenêtre débutant à tO de la période k,
> si t1 < tO, lorsqu'une particule est détectée dans la fenêtre débutant à tO + Δt de la période k,
- un bit de valeur "1" : si t1 < tO, lorsqu'une particule est détectée dans la fenêtre débutant à t1 de la période k,
> si tO < t1 , lorsqu'une particule est détectée dans la fenêtre débutant à t1 + Δt de la période k, - un signal indiquant une ambiguïté sur la valeur du bit si aucune particule n'a été détecté dans la première et, le cas échéant, dans la deuxième fenêtre d'observation.
11. Procédé de décodage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, lorsque la largeur temporelle ΔT et la largeur spectrale Δv des impulsions utilisées par le procédé de codage vérifient la relation suivante: Δv.ΔT =l, il comporte une ou plusieurs des étapes suivantes :
• une étape de filtrage laissant passer, uniquement, les particules de largeur spectrale Δv effectuée en amont de l'observation et de la détection;
• un comptage du nombre NΔv de particules reçues de largeur spectrale égale à Δv, un comptage du nombre NΔf de particules reçues de largeur spectrales Δf différentes (Δf≠Δv) et une comparaison de ces deux nombres NΔv et NΔf tel que si NΔv « NΔf, l'interception des particules par un tiers est signalée.
12. Décodeur de données numériques codées par le codeur (1) de l'une des revendication 3 à 8, caractérisé en ce que, sachant Δt=ΔT-lt1 -t0l, il permet:
• d'observer le flux de particules reçu sur une ou deux fenêtres temporelles de la période de durée Tb de réception d'un bit, - si tO < t1 , la première fenêtre temporelle d'observation débute à l'instant tO (inclus) et se termine à l'instant t1 (exclus), la deuxième fenêtre d'observation débute, le cas échéant, à l'instant t1 +Δt (exclus) et se termine à l'instant t1+T (inclus) ou vice versa,
- si t1 < tO, la première fenêtre temporelle d'observation débute à l'instant t1 (inclus) et se termine à l'instant tO (exclus), la deuxième fenêtre d'observation débute, le cas échéant, à l'instant tO+Δt (exclus) et se termine à l'instant tO+T (inclus) ou vice versa,
• de détecter la présence ou non de particules dans la ou les fenêtres d'observation temporelles et de délivrer: - un bit de valeur "0" :
> si tO < t1 , lorsqu'une particule est détectée dans la fenêtre débutant à tO de la période k,
> si t1 < tO, lorsqu'une particule est détectée dans la fenêtre débutant à tO + Δt de la période k, - un bit de valeur "1 " :
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