L'observatoire, l'un des plus avancés au monde, permettra le suivi, la détection, la photographie hyperspectrale et la communication optique et quantique avec des satellites en orbite autour de la Terre, ainsi que la création d’un réseau de communication inviolable.
La station comprend un dôme d'observation satellite d'un diamètre de 4,25 mètres, un système de suivi, une caméra primaire à grande vitesse et des caméras de suivi secondaires, un équipement laser, des détecteurs de photons isolés et un robot de suivi qui peut supporter simultanément deux télescopes. A ce stade, le bras du robot contient un télescope de 24 pouces. Dans un deuxième temps, l'observatoire sera équipé d'un autre télescope, destiné à la photographie dans le domaine infrarouge, ainsi que de caméras thermiques et hyperspectrales.
Suivre les satellites en mouvement
« Il s’agit d’une station au sol destinée à observer les satellites, qui sont de petits objets situés à une hauteur de 400 à 500 km de la Terre, se déplaçant à une vitesse d’environ 30 000 km/h », explique le Prof. Yaron Oz, Directeur du Centre de science et technologie quantiques de l'Université de Tel-Aviv. « La capacité de suivre des satellites demande un savoir-faire très délicat. Le satellite passe très vite, et il faut alors le saisir au centre de l'image et à plusieurs fréquences du spectre électromagnétique pour pouvoir en connaitre les caractéristiques. Il s’agit du premier et du seul observatoire de satellites en Israël, et il est parmi les plus avancés du monde ».
En plus de la communication optique habituelle, qui utilise des lasers ou des LED de différentes longueurs d'onde, la nouvelle station au sol permettra également de mener des expériences de communication optique quantique, type de communication avancée utilisant les propriétés quantiques des photons isolés pour transmettre des informations cryptées.
« Théoriquement, la communication quantique est complètement cryptée », explique le Prof. Oz. « Elle est protégée contre les cyber-attaques car les propriétés de la mécanique quantique empêchent la copie de l’information. Dès qu'un tiers tente d'intercepter un message, celui-ci est automatiquement détruit, par exemple par un changement de polarisation des photons, et les deux parties qui communiquent sauront que quelqu'un a essayé de les écouter ».
« C'est du moins ainsi que cela fonctionne en théorie. En pratique, il reste encore un grand nombre de questions à résoudre. Par exemple, que fait-on dans le cas d’interférences qui ne résultent pas d’une tentative d’écoute, mais par exemple de la météo? Faut-il utiliser des qubits ou des qudits, photons qui possèdent plus de deux états ? Et plus généralement, combien d'informations peut-on transmettre de cette manière pendant le temps limité où le satellite passe au-dessus de la station au sol? La liste des questions sans réponse est longue. Il faut comprendre que la communication quantique est un domaine complètement expérimental. Il existe des protocoles issus d'expériences menées dans des laboratoires, mais le seul pays qui a réussi à démontrer avec succès une telle communication est la Chine, et ce dès 2016. Les Américains y sont apparemment parvenus également, mais n'ont rien publié à ce sujet dans la presse scientifique. Aujourd’hui des pays comme l'Allemagne, Singapour et maintenant également Israël se préparent dans ce domaine ».
Vers un satellite quantique entièrement israélien
Dans la première phase du projet, les chercheurs de l'Université de Tel-Aviv tenteront d'établir une communication en mode optique suivie d'une communication en mode quantique entre les stations au sol, entre ces stations et les drones, puis entre les stations au sol et un satellite d'un de leurs partenaires internationaux. Ils espèrent réunir les fonds nécessaires pour la construction d'un satellite quantique entièrement israélien d’ici deux à trois ans.
« Dans un premier temps, nous placerons un émetteur sur le toit du deuxième bâtiment de l'École de physique, pour tenter de produire une clé cryptographique quantique immunisée à un débit de plusieurs centaines de milliers de bits par seconde, dans le but d'apprendre et d’améliorer les capacités de positionnement, de commutation et de synchronisation des sources lumineuses et des détecteurs de photons individuels », explique le Prof. Oz. « Par la suite, nous aimerions réduire la taille du système de transmission et l'intégrer dans un système aéroporté, au début dans des drones, et établir un réseau de communication quantique. À terme, nous aimerions également lancer notre propre satellite, qui tentera d'établir une communication en mode quantique avec la station au sol et avec un satellite similaire à Singapour.
Participent également à ce projet novateur le Prof. Adi Aryeh de la Faculté d'ingénierie, les Prof. Haim Suchowski et Erez Etzion de l'Ecole de physique et d'astronomie, le directeur de la station terrestre optique Michael Tzukran, le Dr. Gary Rozenman et les doctorants Yuval Reches et Tomer Nahum. Le projet est financé par le Centre universitaire pour la science et la technologie quantiques, dirigé par le Prof. Yaron Oz, sous la direction administrative de Mme Ronit Ackerman, et l'Agence spatiale israélienne du ministère de l'Innovation, de la Science et de la Technologie.
Photos:
1. Le Prof. Yaron Oz
2. Le nouveau télescope de l'Université de Tel-Aviv
(Crédit: Université de Tel-Aviv)
