Le radar quantique peut détecter les systèmes de brouillage électroniques

Une équipe de physiciens de l’Université de Rochester a découvert comment détecter les dernières techniques de brouillage radar en profitant des propriétés quantiques des photons. Bien que cette nouvelle technologie antibrouillage ne puisse pas supprimer les fausses informations, elle peut tout de moins lancer immédiatement une alerte quand des fausses informations sont reçues.

La nouvelle méthode de brouillage et aussi très efficace est un système à mémoire de fréquence radio numérique (DRFM). Le DRFM fonctionne en interceptant le signal radar, ensuite il modifie le signal en introduisant de fausses informations sur la cible et retransmet le signal modifié vers le radar. Le radar ne peut pas distinguer un signal modifié d’un signal d’une cible légitime car le signal modifié contient toutes les signatures et empreintes digitales de l’onde du radar d’origine. Les méthodes de brouillage par DRFM sont tellement variées et souples qu’il est très difficile de mettre en place, en utilisant la technologie conventionnelle, un système de blocage efficace.

Des physiciens de l’Université de Rochester ont découvert un moyen d’utiliser les propriétés quantiques des photons pour créer le premier système de radar qui ne peut pas être dupé par un brouillage DRFM. Le résultat a donné un protocole pour détecter le brouillage de signal par DRFM en temps réel.

L’astuce est d’utiliser la polarisation du signal radar comme une signature quantique. Une radio ou une onde de lumière est décrite par un angle de polarisation qui est défini par la direction vers laquelle le champ électrique de l’onde est orienté. Un polariseur est un élément optique qui ne laisse passer que les ondes ayant la même direction de polarisation que lui. Si une même onde est dirigée à travers un polariseur avec un angle d’alignement de 90 degrés, le signal sera bloqué. Lorsque la direction de polarisation d’un photon et un polariseur sont alignés selon un angle autre que 90 degrés, une partie des photons traverse le polariseur. Toutefois, ce photon lorsqu’il traverse le polariseur, il obtient maintenant la polarisation du polariseur et non pas la direction de polarisation du photon d’origine. Cela semble un peu bizarre, mais c’est le phénomène quantique.

Nous allons prendre un exemple plus simple. Alice fait fonctionner le radar et émet un faisceau radar dans lequel les photons sont polarisés verticalement. Elle reçoit le signal réfléchi par une cible à travers un second polariseur vertical. Mais si Alice décide d’observer le signal entrant avec un polariseur horizontal, le signal polarisé verticalement sera complètement bloqué et elle ne verra pas le retour du signal. Maintenant imaginons que Bob soit une cible qui utilise un système de brouillage DRFM. Bob a un brouilleur DRFM et l’utilise pour modifier le signal de retour. Alice va alors voir ce que Bob veut lui faire voir au lieu des échos radar réels. Mais avec un test simple, Alice sait immédiatement que Bob s’est amusé avec le signal. Le problème auquel Bob se heurte, c’est qu’il n’est pas possible de mesurer la direction de polarisation d’un photon. Bob détecte le faisceau radar avec un récepteur qui, au mieux, détecte une direction de polarisation particulière. S’il choisit une polarisation différente d’Alice, une partie du signal traversera le polariseur d’Alice alors qu’une autre partie sera bloquée. Cependant, ce n’est pas le problème car Bob peut travailler avec beaucoup de signaux.

Le réel problème c’est lorsque Bob retransmet le signal modifié à Alice. Compte tenu des informations que Bob a récupéré sur le signal entrant, le mieux qu’il puisse faire est de retransmettre le signal avec la polarisation de son antenne de détection. Ce qui veut dire qu’il y aura un changement de l’angle de polarisation que Bob ne peut pas connaitre, et donc ne peut pas corriger.

Quand Alice reçoit le signal, elle voit le signal modifié que Bob veut lui faire voir. Et aussi, quand elle change de récepteur pour observer la polarisation horizontale, Alice va encore voir le signal modifié de Bob à cause du changement de polarisation. Alice sait qu’elle ne peut pas voir ses propres signaux réfléchis en polarisation horizontale. Et donc quelqu’un, dans notre cas Bob, a modifié le signal.

Lorsque l’interception d’un signal modifie les propriétés quantiques du signal, l’émetteur peut détecter l’interception.

Afin de brouiller notre système d’imagerie, l’objet doit modifier l’état quantique des photons et introduit ainsi des erreurs statistiques qui révèlent son activité.

– Mehul Malik

Malik et ses collègues ont testé leur protocole antibrouillage en faisant rebondir des photons sur un avion cible et en mesurant le taux d’erreur de polarisation du signal de retour. Le système a facilement montré l’image d’un avion. Toutefois, lorsque le signal de retour a été modifié par un brouilleur DRFM, ils ont vu l’image d’un oiseau mais le brouillage était facile à repérer.

Le processus n’est pas totalement fiable car les photons dans le faisceau du radar ont la même polarisation. Bob peut en principe utiliser une partie du signal radar afin de déterminer sa polarisation, puis utiliser ces informations lors de la retransmission du signal modifié. Mais il faut un grand nombre de photons. Cela est difficile à faire en raison des retards ou du temps mis dans la détermination de la polarisation du faisceau radar. Cette technique peut facilement être contrée par exemple en changeant la polarisation du radar rapidement, ou en envoyant le faisceau radar sur un certain nombre de fréquences avec des polarisations différentes sur chaque fréquence, ou en combinant les deux. Ce nouveau système antibrouillage rend tout simplement le processus de brouillage beaucoup plus difficile.

Source: ArXiv.org via MIT