Contexte global
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. 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. 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) [1 ]. 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.

• Objectif scientifique principal de la thèse
  Votre rôle sera de participer à l’intégration, l’implémentation et à l’étude hardware d’une ligne optique complète (source laser, fibre optique, photo-détecteurs) mais également des aspects software d’une liaison optique sécurisée déployé par Orange France et basée sur la technologie DV-QKD en optique intégrée de Kets Quantum [2], [3].
  La thèse s’inscrit dans le plan quantique français et le projet ParisRegionQCI [4], [5] piloté par Orange. Ce projet collaboratif regroupe le LIP 6, Telecom Paris et l’Institut d’Optique qui sont parmi les meilleurs laboratoires académiques franciliens traitant du sujet des communications quantiques. Une étroite collaboration sera établie avec Kets Quantum une startup issue de l’université de Bristol ayant développé un système DV-QKD en optique intégrée et Cryptonext une start up spécialisée en cyber sécurité [6] .
• Verrous à lever et étapes importantes de la thèse
• Déploiement d’un lien DV-QKD fonctionnel sur fibres Orange France,
• Intégration de la solution Kets Quantum sur le lien OG/Télécom Paris (distance, robustesse, interface/API …),
• Compatibilités avec les infrastructures fibrées et équipements déployés par Orange France,
• Impacts des protocoles de chiffrement et des codes correcteurs sur les performances (débit/distance) de la QKD,
• Choix et étude d’un protocole améliorant les performances du système et la robustesse du lien (type hybride IPsec + QKD).
• Scope scientifique (utiliser le référentiel des disciplines scientifiques du mode opératoire)
  Spécialité 1 : Réseaux et services des télécommunications, Technologie et Ingénierie, Technologie optique, Poids 1 (0.25)
  Spécialité 2 : Physique, Optique, Optique Quantique, Poids 2 (0.25)
  Spécialité 3 : Mathématiques appliquées, calcul et simulation : Théorie de la communication, Traitement du signal Poids 3 (0.25)
  Spécialité 4 : Informatique, algorithmique programmation, logiciels et architectures, Sécurité, Calcul certifié et cryptographie, Cryptographie, Poids 4 (0.25)

Les compétences requises sont celles correspondant à une formation initiale approfondie en optique/photonique fibrées et en communications quantiques, (niveau master 2 recherche ou diplôme d’ingénieur type Sup Optique, Telecom Paris ou CentraleSupélec option photonique ou ingénierie quantique), Systèmes de télécommunications optiques guidées. Les compétences idéales seraient :

• Cryptographie quantique CV-QKD ou DV-QKD
• Optique et photonique intégrées
• Protocoles de cryptographie quantique BB84, OTP, cryptographie classique, codes correcteurs d’erreur ….
  Il/elle devra aussi être capable de bien communiquer en interne et en externe. Dans le cadre de sa thèse, il lui sera demandé de mettre en valeur son esprit critique et sa créativité.
  La maîtrise de l’anglais est indispensable: cette thèse sera menée dans le cadre du projet ParisRegionQCI et en partie dans le projet coopératif européen OpenQKD.

Compétences :

• Formation demandée (master, diplôme d’ingénieur, doctorat, domaine scientifique et technique …)
• Master 2 en technologies quantiques Sorbonne Université, Paris Saclay Université ou des filières ingénieur quantique de Télécom Paris ou de CentraleSupélec ,
• Connaissances indispensables: traitement du signal, réseaux optiques, optique et photonique,
• Connaissances complémentaires si possible, codes correcteurs d’erreurs, protocole standard en cryptographie quantique (BB84, decoy state ….), protocoles cryptographiques standards symétriques (AES , OTP ) ou asymétriques (RSA) .
• Expériences souhaitées
• Idéalement un stage de fin étude d’ingénieur ou master 2 recherche en communications quantiques appliquées,
• Sinon tous types de stages de fin étude ingénieur ou master 2 recherche en photonique quantique, en physique quantique expérimentale ou optique pour les télécommunications.

Le plus de l’offre :
L’équipe multidisciplinaire est constituée d’ingénieurs de recherches spécialisés dans les communications optiques (OLN/WNI), d’un ingénieur sécurité (OLN/WNI) et d’un physicien spécialiste des sources de photons uniques complétée par un responsable de projet (DATA-IA) ayant une formation de physicien en optique/photonique et une contribution expérimentale validée par plusieurs articles de référence en optique quantique. Tous les membres de l’équipe sont contributeurs ou responsable de WP dans les deux projets Européens traitant des communications quantiques où Orange est impliquée CiViQ et OpenQKD ainsi que dans le projet de régional ParisRegionQCI. Le travail se fera également sur la partie algorithmique avec des interactions avec les chercheurs en cryptographie du domaine TSE.
Qu’est ce qui fait la valeur ajoutée de cette offre ?

• Contribuer à un projet national et un projet Européen incluant les principaux opérateurs Télécoms européen, laboratoires académiques en communications quantiques et constructeurs de systèmes QKD;
• Participer à la construction d’une nouvelle offre de services innovante pour Orange en collaboration avec Orange France et OBS;
• Accroitre les compétences et la connaissance des réseaux QKD à l’opérationnel;
• Interagir avec des scientifiques qui sont parmi les meilleurs au niveaumondial.
  Références
• ID Quantique, « Cerberis QKD blade - The world first carrier-grade quantum key distribution platform », White Paper, 2018.
• InP transmitter and SiON receiver (world’s first chip-to-chip QKD): Chip-based quantum key distribution. Nature Communications, Vol 8, Feb 2017.
• https://kets-quantum.com/quantum-key-distribution/
• https://cryptonext-security.com/index.html
• Annonce du plan quantique français à hauteur de 1,8 milliards d’Euros par le président de la république ( 300 M€ pour les communications quantiques). https://lemonde.fr/politique/article/2021/01/21/emmanuel-macron-presente-un-plan-quantique-de-1-8-milliard-d-euros-sur-cinq-ans_6067037_823448.html
• Annonce par V. Pécresse du financement du projet ParisRegionQCI, https://www.youtube.com/watch?v=1NSKra82HFg