La distribution quantique de clés (Quantum Key Distribution - QKD) est un domaine critique en matière de sécurité des communications. Aujourd'hui, la sécurité cryptographique repose sur la complexité mathématique de certains problèmes, dont la résolution par force brute exigerait des ressources de calcul et un temps de calcul bien trop grand, dépassant largement les capacités technologiques actuelles. Cependant, l'émergence d'algorithmes plus performants et le développement de technologies plus performantes (notamment les ordinateurs quantiques) menace de rendre cette complexité inutile si un espion parvient à intercepter et stocker des données aujourd'hui pour les décrypter ensuite. La QKD apporte une réponse à ce problème, en déplaçant la garantie de sécurité des mathématiques vers les lois fondamentales de la physique. En exploitant des principes tels que le théorème de non-clonage, la QKD permet à un émetteur et un récepteur de partager une clé de chiffrement avec la certitude que toute tentative d'interception par un espion introduira un bruit statistique détectable dans le signal. Cette perturbation physique permet de quantifier précisément l'information compromise et garantit ainsi un transfert de clé dont la sécurité est théoriquement inviolable, même face à une puissance de calcul illimitée.
Les protocoles de QKD se classent en deux grandes catégories, ceux qui se basent sur les variables discrètes (Discrete Variables - DV) et pour lesquels l'information est encodée dans un espace de dimension finie (par exemple la polarisation de la lumière), et ceux qui se basent sur les variables continues (Continuous Variables - CV), pour lesquels l'information est encodée parmis un espace de dimension infinie (comme les quadratures du champ électromagnétique). Chaque protocole possède ses avantages et ses inconvénients, la CV-QKD offrant cependant la possibilité de travailler avec des composants et algorithmes utilisés en télécommunications classiques, permettant d'utiliser toutes les connaissances et recherches réalisées jusque-là pour les télécommunications classiques. La QKD est également un domaine en pleine évolution, mais qui reste à un état de l'art très laboratoire. L'écosystème européen de la QKD est cependant en pleine expansion, et de nombreuses collaborations émergent de cela.
La présente thèse étudie et valide des systèmes CV-QKD à travers des travaux expérimentaux menés à différents niveaux d’intégration. Elle contribue directement au projet QKISS, dont l’objectif principal était le développement d’un système CV-QKD industriel en France. Le travail s’est d’abord concentré sur des expérimentations en laboratoire, explorant les architectures système, les limitations de bruit tant pratiques que fondamentales, ainsi que l’impact des paramètres de traitement du signal. Il s’est ensuite étendu à des expérimentations sur le terrain, incluant des essais sur fibres optiques déployées et des tests de systèmes CV-QKD complets. Ces travaux ont également contribué à plusieurs initiatives européennes. Dans le cadre de FranceQCI, nous avons participé à une démonstration sur le terrain de l’interopérabilité entre notre système CV-QKD et un système DV-QKD. Dans le projet EuroQCI, nous avons contribué à une démonstration de réseau QKD en conditions réelles, en collaboration avec plus de vingt partenaires. Enfin, au sein du projet Nostradamus, ces travaux ont contribué au développement de protocoles et de méthodologies de mesure visant la normalisation et la certification des systèmes QKD.