![\"quantique\"](\"http:\/\/www.brebeuf.qc.ca\/collegial\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2016\/01\/quantique.jpg\")
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Il est possible que plusieurs d\u2019entre vous n\u2019aient pas entendu parler des ordinateurs quantiques, mais dans les milieux scientifiques et gouvernementaux, ils font \u00e9norm\u00e9ment de bruit. Exponentiellement plus puissants que les ordinateurs traditionnels, ces appareils pourront aider \u00e0 r\u00e9soudre des probl\u00e8mes m\u00e9dicaux et scientifiques urgents, \u00e0 prouver des th\u00e9ories math\u00e9matiques complexes et m\u00eame \u00e0 trouver des plan\u00e8tes habitables. Par contre, les ordinateurs quantiques pourront aussi d\u00e9crypter tout code de s\u00e9curit\u00e9 couramment employ\u00e9 sur internet, de ceux prot\u00e9geant des transactions bancaires \u00e0 ceux sauvegardant des secrets militaires. Dr. Raymond Laflamme, directeur ex\u00e9cutif du Institute for Quantum Computing \u00e0 Waterloo, Ontario, ne m\u00e2che pas ses mots : \u00ab Si quelqu\u2019un entrait demain avec [un ordinateur quantique] dans sa poche arri\u00e8re, la confidentialit\u00e9 sur l\u2019internet disparaitrait compl\u00e8tement. \u00bb(1)<\/p>\n
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Une machine impossible<\/h3>\n
Mais d\u2019o\u00f9 sortent ces machines et d\u2019o\u00f9 tirent-elles leurs pouvoirs remarquables? Leur fonctionnement est profond\u00e9ment ancr\u00e9 dans le monde de la physique quantique. Au lieu d\u2019utiliser des bits pour faire leurs calculs, comme les ordinateurs traditionnels, ils utilisent des \u00ab qubits \u00bb : des particules subatomiques contr\u00f4l\u00e9es. Les bits peuvent prendre une valeur de 0 ou de 1. Les qubits, \u00e0 travers une propri\u00e9t\u00e9 quantique nomm\u00e9e la superposition, peuvent dans un sens prendre ces deux valeurs en m\u00eame temps : ceci leur permet d\u2019effectuer plusieurs calculs simultan\u00e9ment. Les qubits ont aussi la capacit\u00e9 d\u2019\u00eatre reli\u00e9s entre eux \u00e0 travers une autre propri\u00e9t\u00e9 nomm\u00e9e l\u2019intrication. Gr\u00e2ce \u00e0 elle, bien qu\u2019ils soient physiquement s\u00e9par\u00e9s, lorsque l\u2019\u00e9tat d\u2019un qubit change, l\u2019\u00e9tat de l\u2019autre est instantan\u00e9ment affect\u00e9. Les scientifiques n\u2019ont pas encore r\u00e9ussi \u00e0 expliquer les causes derri\u00e8res ces ph\u00e9nom\u00e8nes, mais cela ne les emp\u00eache pas de les exploiter dans les ordinateurs quantiques. La capacit\u00e9 calculatrice des qubits leur permettra de rapidement trouver, par exemple, le meilleur m\u00e9dicament pour combattre une maladie. Avec une efficacit\u00e9 \u00e9gale, ils pourront d\u00e9crypter en quelques minutes des codes de s\u00e9curit\u00e9 qui, \u00e0 cause de leur complexit\u00e9, prendraient des si\u00e8cles pour \u00eatre r\u00e9solus par les ordinateurs couramment employ\u00e9s.<\/p>\n
Les pouvoirs extraordinaires des qubits sont longtemps demeur\u00e9s un concept purement th\u00e9orique \u00e0 cause des difficult\u00e9s reli\u00e9es \u00e0 leur mise en application. \u00ab En effet \u00bb, dit Dr. Laflamme, \u00ab quand j\u2019ai commenc\u00e9 \u00e0 travailler dans le domaine des ordinateurs quantiques, mon premier projet fut d\u2019essayer de prouver qu\u2019ils ne marcheraient jamais. \u00bb Mais sous peu, il a chang\u00e9 d\u2019avis. Dans les ann\u00e9es r\u00e9centes, les progr\u00e8s dans le champ ont \u00e9t\u00e9 si rapides que Dr. Laflamme pr\u00e9dit que les ordinateurs quantiques \u00e0 grande \u00e9chelle pourraient exister dans les dix prochaines ann\u00e9es.<\/p>\n
Pour le moment, la technologie est encore en cours de d\u00e9veloppement. Les chercheurs travaillent avec des nombres restreints de qubits, pas les milliers requis pour un ordinateur quantique \u00e0 grande \u00e9chelle. Tout de m\u00eame, une compagnie canadienne nomm\u00e9e D-Wave vend d\u00e9j\u00e0 des prototypes de ces ordinateurs. Ses clients et investisseurs incluent Google, NASA, Lockheed Martin et In-Q-Tel (la branche technologique de la CIA). Mais il ne faudrait pas s\u2019attendre \u00e0 voir un ordinateur quantique sur son bureau sous peu : les prototypes coutent d\u00e9j\u00e0 15 millions de dollars et n\u00e9cessitent un environnement d\u2019une temp\u00e9rature proche du z\u00e9ro absolu pour bien fonctionner.<\/p>\n
L\u2019internet paralys\u00e9<\/h3>\n
La rapidit\u00e9 des d\u00e9veloppements dans le domaine de la computation quantique en a pris plusieurs par surprise, mais maintenant les agences de s\u00e9curit\u00e9 et de technologie se d\u00e9p\u00eachent pour d\u00e9velopper leurs propres ordinateurs quantiques et pour mettre en place des mesures de s\u00e9curit\u00e9 capables de repousser une attaque quantique sur les transactions effectu\u00e9es en ligne. En 2013, il fut r\u00e9v\u00e9l\u00e9 que le National Security Agency aux \u00c9tats-Unis a investi 80 million de dollars US dans les ordinateurs quantiques et la cryptographie associ\u00e9e. En Chine, le gouvernement a \u00e9galement command\u00e9 \u00e0 ses scientifiques de produire ces technologies, peu importe le co\u00fbt.<\/p>\n
Par contre, si coordonner des particules subatomiques \u00e0 une grande \u00e9chelle pose un d\u00e9fi \u00e9norme, il est aussi difficile de trouver des codes de s\u00e9curit\u00e9 pouvant r\u00e9sister aux ordinateurs quantiques. Le nouveau domaine de recherche de la cryptographie quantique vise pr\u00e9cis\u00e9ment \u00e0 accomplir ce but et \u00e0 prot\u00e9ger les communications \u00e9lectroniques. Les dangers que les cryptographes essaient de pr\u00e9venir ne sont pas minimes : un rapport r\u00e9cent du European Telecommunications Standards Institute confirme que \u00ab sans de l\u2019encodage \u00ab quantum-safe \u00bb, [toute information] qui a \u00e9t\u00e9 ou sera transmise sur un r\u00e9seau pourrait \u00eatre sujet d\u2019espionnage ou de d\u00e9voilement public. \u00bb (2) Dans le pire des cas, on pourrait envisager que des gens ou m\u00eame des gouvernements malintentionn\u00e9s en possession d\u2019un ordinateur quantique pourraient paralyser l\u2019internet, les transactions concernant les finances et la s\u00e9curit\u00e9, peut-\u00eatre m\u00eame l\u2019\u00e9conomie mondiale.<\/p>\n
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Une course contre le temps<\/h3>\n
L\u2019importance de d\u00e9velopper des mesures de protection non seulement pour les communications gouvernementales, mais aussi pour les citoyens qui se servent de l\u2019internet, est tr\u00e8s apparente. Par contre, c\u2019est peut-\u00eatre trop tard pour prot\u00e9ger l\u2019information actuellement sur l\u2019internet : Jennifer Fernic, une experte en cryptographie \u00e0 l\u2019Institute for Quantum Computing, dit qu\u2019il est possible que \u00ab des organisations accumulent depuis des ann\u00e9es du data encod\u00e9 transmis sur un r\u00e9seau public comme l\u2019internet pour le d\u00e9coder une fois les ordinateurs quantiques disponibles \u00bb (3). En ce qui concerne les communications \u00e9lectroniques futures, la meilleure solution pour les ordinateurs traditionnels semblerait \u00eatre d\u2019avoir des codes de s\u00e9curit\u00e9 beaucoup plus complexes ou de d\u00e9velopper de nouvelles technologies pour se prot\u00e9ger.<\/p>\n
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La majorit\u00e9 des techniques d\u2019encodage actuelles se servent de l\u2019algorithme RSA, qui encode un message transmis \u00e0 travers diverses op\u00e9rations math\u00e9matiques bas\u00e9es sur un nombre cl\u00e9. Ce nombre cl\u00e9 est le produit de deux nombres premiers particuli\u00e8rement \u00e9lev\u00e9s : pour d\u00e9coder un message, il est n\u00e9cessaire de factoriser le nombre cl\u00e9 en les deux nombres premiers d\u2019origine. Sans d\u00e9j\u00e0 savoir l\u2019un des nombres premiers impliqu\u00e9s, cette factorisation est extr\u00eamement laborieuse et prendrait des si\u00e8cles pour \u00eatre accomplie par un ordinateur traditionnel. Avec les ordinateurs quantiques, l\u2019histoire est compl\u00e8tement diff\u00e9rente : c\u2019est dans ce type de probl\u00e8me math\u00e9matique que ces appareils excellent gr\u00e2ce \u00e0 leur capacit\u00e9 de faire des calculs simultan\u00e9s. Des codes bas\u00e9s sur d\u2019autres probl\u00e8mes math\u00e9matiques plus difficiles pour les ordinateurs quantiques sont en d\u00e9veloppement, mais ces codes ralentiraient les communications consid\u00e9rablement et pourraient toujours \u00eatre vuln\u00e9rables \u00e0 des attaques futures encore plus sophistiqu\u00e9es.<\/p>\n
Une autre solution propos\u00e9e pour pr\u00e9server la confidentialit\u00e9 dans le monde des ordinateurs quantiques emploie les ordinateurs quantiques eux-m\u00eames : il s\u2019agit du Quantum Key Distribution. Cette m\u00e9thode fonctionne gr\u00e2ce \u00e0 la propri\u00e9t\u00e9 de superposition retrouv\u00e9e chez les qubits, mais cette fois-ci exploit\u00e9e chez les photons. Des photons polaris\u00e9s en \u00e9tat de superposition sont envoy\u00e9s au destinataire (\u00e0 travers un c\u00e2ble ou autrement) pour \u00e9tablir une cl\u00e9 secr\u00e8te selon laquelle les messages subs\u00e9quents seraient encod\u00e9s. Si un intrus essayait de mesurer l\u2019\u00e9tat d\u2019un des photons transmis, il d\u00e9truirait la superposition et serait incapable de recr\u00e9er le photon d\u2019origine. Cette distorsion des donn\u00e9es transmises serait facilement d\u00e9tectable par le destinataire et l\u2019alerterait de la pr\u00e9sence d\u2019un espion. Le Quantum Key Distribution serait donc th\u00e9oriquement parfaitement s\u00e9curis\u00e9, mais il reste encore de nombreuses ann\u00e9es avant qu\u2019il ne soit compl\u00e9t\u00e9 et encore plus avant qu\u2019il puisse \u00eatre g\u00e9n\u00e9ralement int\u00e9gr\u00e9 dans nos syst\u00e8mes de communication actuels.<\/p>\n
Les ordinateurs quantiques \u00e0 grande \u00e9chelle et l\u2019encodage capable de se d\u00e9fendre contre eux : lequel des deux sera compl\u00e9t\u00e9 le premier demeure une question ouverte. \u00ab Je crois que nous trouverons un moyen pour prot\u00e9ger l\u2019information des ordinateurs quantiques \u00bb, dit Dr. Laflamme, \u00ab mais c\u2019est difficile de pr\u00e9dire qui gagnera la course. \u00bb L\u2019important est de commencer d\u00e8s maintenant \u00e0 pr\u00e9parer les mesures de s\u00e9curit\u00e9 : \u00ab On ne peut pas s\u2019endormir et croire qu\u2019il s\u2019agit d\u2019un probl\u00e8me pour demain. \u00bb Si on ne fait pas face au probl\u00e8me d\u00e8s maintenant, peut-\u00eatre que dans dix ans nous seront forc\u00e9s de retourner \u00e0 des m\u00e9thodes pr\u00e9-internet pour communiquer en s\u00e9curit\u00e9, tandis que ces nouveaux superordinateurs r\u00e9volutionnent le monde des sciences et de la m\u00e9decine.<\/p>\n
Remerciements<\/h3>\n
Remerciements \u00e0 Andr\u00e9e Beaulieu du Coll\u00e8ge Jean-de-Br\u00e9beuf, \u00e0 Raymond Laflamme et Jennifer K. Fernic du Institute for Quantum Computing et \u00e0 Alain Tapp de l\u2019Universit\u00e9 de Montr\u00e9al pour leur aide avec cet article et au Perimeter Institute for Theoretical Physics pour la photographie.<\/p>\n
Notes<\/h3>\n
(1) Interview\u00e9 le 16 octobre 2015<\/p>\n
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(2) Campagna, Matthew et al. (octobre 2014). ETSI Whitepaper : Quantum Safe Cryptography (p. 6) Rep\u00e9r\u00e9 \u00e0 https:\/\/portal.etsi.org\/Portals\/0\/TBpages\/QSC\/Docs\/Quantum_Safe_Whitepaper_1_0_0.pdf<\/p>\n
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(3) Interview\u00e9e par e-mail le 26 octobre 2015<\/p>\n
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Photo fournie par le Perimeter Institute for Theoretical Physics
\nArticle r\u00e9vis\u00e9 par Mme Andr\u00e9e Beaulieu<\/p>\n
Sources<\/h3>\n
1. Preskill, John (4 f\u00e9vrier 2013). Quantum Entanglement and Quantum Computing. Rep\u00e9r\u00e9 \u00e0 http:\/\/www.caltech.edu\/news\/quantum-entanglement-and-quantum-computing-39090<\/a> 1. Raymond Laflamme : Directeur ex\u00e9cutif du Institute for Quantum Computing \u00e0 Waterloo<\/p>\n 2. Jennifer K. Fernic:\u00c9tudiante de PHD au Institute for Quantum Computing<\/p>\n 3. Alain Tapp :Professeur au Laboratoire d\u2019informatique th\u00e9orique et quantique de l\u2019Universit\u00e9 de Montr\u00e9al<\/p>\n
\n2. Campagna, Matthew et al. (octobre 2014). ETSI Whitepaper : Quantum Safe Cryptography Rep\u00e9r\u00e9 \u00e0 https:\/\/portal.etsi.org\/Portals\/0\/TBpages\/QSC\/Docs\/Quantum_Safe_Whitepaper_1_0_0.pdf<\/a>
\n3. Chen, Stephen (10 janvier 2014). China in race to build first code-breaking quantum supercomputer. Rep\u00e9r\u00e9 \u00e0: http:\/\/www.scmp.com\/lifestyle\/technology\/article\/1401755\/china-race-create-first-quantum-code-breaking-supercomputer<\/a>
\n4. Brown, J. (2000). Minds, Machines and the Multiverse: The Quest for the Quantum Computer. New York, \u00c9tats-Unis : Simon and Schuster.
\n5. Hayford, Don (septembre 2014). Zeroing in On Un-Hackable Data with Quantum Key Distribution. Rep\u00e9r\u00e9 \u00e0 http:\/\/www.wired.com\/insights\/2014\/09\/quantum-key-distribution\/<\/a>
\n6. Anonyme (14 ao\u00fbt 2003). The RSA Algorithm Explained Using Simple Paper and Pencil Method. Rep\u00e9r\u00e9 \u00e0 http:\/\/sergematovic.tripod.com\/rsa1.html<\/a><\/p>\nPersonnes interview\u00e9es<\/h3>\n