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Quand industriels et start-up explorent les usages des premières machines quantiques – L'Usine Nouvelle

Quand industriels et start-up explorent les usages des premières machines quantiques – L'Usine Nouvelle

Mille milliards de dollars. L’estimation du poids du marché de l’informatique quantique d’ici à 2035 réalisée par McKinsey en 2020 a de quoi interpeller. Le cabinet de conseil américain a gonflé ses prévisions en prenant en compte non seulement le calcul quantique, mais également la valeur qu’il pourrait générer dans divers secteurs (santé, finance, transports…), décryptait le consultant Olivier Ezratty, analysant la « hype » quantique dans un article publié sur ArXiv en février.

Ce type d’annonces « crée une pression absolument terrible sur les fournisseurs d’ordinateurs quantiques, et notamment les start-up », juge Marc Porcheron, qui dirige une équipe d’une vingtaine de personnes chez EDF pour explorer le calcul quantique. Ces perspectives mirobolantes génèrent aussi, comme cela a été le cas pour l’intelligence artificielle, un risque. « S’ils estiment que les résultats ne sont pas au niveau des attentes ou trop longs à venir, certains investisseurs pourraient arrêter les frais, et les financements se tariraient », résumait, début juin, Olivier Ezratty dans « The Qubit Guy’s Podcast », une émission de l’éditeur israélien de logiciels quantiques Classiq.

Cinq fabricants visent plus de 1000 qubits physiques entre 2023 et 2025

Pour autant, les développeurs des technologies quantiques, eux, gardent le cap. IBM, ColdQuanta et Atom Computing ont atteint ou dépassé les 100 qubits, Google et Quantinuum ont chacun présenté, en 2021, leur premier qubit logique, constitué de plusieurs qubits physiques pour le rendre tolérant aux fautes. En juin dernier, Xanadu a rejoint Google en se targuant d’avoir montré l’avantage quantique avec son processeur photonique Borealis, disponible dans le cloud. Aujourd’hui, au moins cinq fabricants (les américains IBM, Rigetti, ColdQuanta, Quera, et le français Pasqal) espèrent franchir la barre des 1000 qubits physiques entre 2023 et 2025.

Avantage quantique

Ce terme désigne l’obtention de meilleurs résultats pour une tâche donnée avec un calculateur quantique qu’avec un calculateur classique. Par extension, on parle d’avantage quantique lorsque des moyens de calcul quantiques permettent d’obtenir un résultat similaire, mais plus rapidement ou en économisant du temps de calcul, et donc de l’énergie.

 

Des premiers prototypes de calculateurs quantiques sont désormais accessibles. Certains industriels ne s’y trompent pas et en profitent pour se faire la main. EDF est l’un des fers de lance de ce mouvement en France. « Nous travaillons depuis 2019 avec Pasqal [notamment au sein du projet européen Pasquans, ndlr], dont le hardware à base d’atomes neutres de Rydberg est bien adapté aux problèmes d’optimisation combinatoire qui nous intéressent », explique Marc Porcheron. Ces problèmes « couvrent quasiment tous les métiers d’EDF », ajoute-t-il. Notamment la gestion des centrales (« décider en temps réel laquelle arrêter et laquelle redémarrer ») et la recharge de véhicules électriques (« comment affecter un très grand nombre de véhicules à des bornes de recharge de manière à minimiser leur temps de charge complet »).

« Des résultats intéressants avec des circuits peu profonds »

Les équipes d’EDF profitent du mode analogique du calculateur de Pasqal, afin de tester certains programmes à petite échelle, comme l’algorithme hybride QAOA [voir l’infographie ci-dessous]. Ce dernier semble non seulement avoir « le potentiel de promettre un avantage quantique » mais également d’offrir, d’ores et déjà, « des résultats intéressants avec des circuits peu profonds », souligne Marc Porcheron – ce qui lui permet d’être exploré sur les machines actuelles imparfaites. Par intéressants, comprendre inédits. « Pour ces problèmes-là, bien souvent, il n’est possible d’obtenir qu’une solution approximée. Or, s’il n’offre pas encore de solutions plus précises que celles obtenues grâce à des moyens de calcul classique, ce type d’algorithmes hybrides nous montre déjà des chemins d’optimisation différents de ceux empruntés par nos solutions actuelles. »

À chaque algorithme, son hardware

L’adéquation entre l’algorithme et le matériel est cruciale. Comme l’illustre le cas du Quantum approximate optimization algorithm (QAOA), un algorithme hybride capable d’apporter une accélération polynomiale sur les machines bruitées. QAOA ne réclame qu’une faible intrication des qubits, un faible parallélisme des opérations (~0,3), et peut donner des résultats sur une machine bruitée (densité de mesure : 0). Pour autant, il nécessite d’exploiter simultanément un nombre de qubits relativement élevé (degré d’activation : 0,6), a un fort besoin en communication inter-qubits (1) et s’appuie sur des circuits quantiques assez complexes (rapidité d’exécution : 0,8). Autant de défis pour concrétiser l’avantage quantique.

 

L’énergéticien n’est pas le seul industriel à s’intéresser à Pasqal. La start-up française, qui a atteint les 200 qubits analogiques cette année, jouit aussi d’une relation de longue date avec BMW. Celle-ci s’est renforcée quand la victoire de l’équipe de Qu&Co, start-up néerlandaise de logiciel quantique, au BMW Quantum computing challenge, en décembre dernier, s’est transformée, en mai, en contrat de collaboration pour améliorer le formage des métaux qui constituent les pièces automobiles. Et pour cause : Pasqal a racheté Qu&Co un mois après la compétition, en janvier. D’après les premiers tests effectués au printemps, Benno Broer, le directeur commercial de Pasqal, revendique des résultats « 30 à 50 fois supérieurs à ceux que l’on obtient avec un autre hardware quantique, pour une méthode bien plus résistante aux bruits ».

Gestion de systèmes critiques

Thales, de son côté, s’est associé avec Pasqal fin 2021, dans le cadre d’Aquaps, un projet de deux ans financé par le Pack quantique, une initiative de la région Ile-de-France, du Genci et de l’association Le Lab quantique. Le géant tech veut, lui aussi, tester des algorithmes d’optimisation sur le processeur de Pasqal, cette fois-ci pour la gestion de systèmes critiques, « tels que des constellations de satellites militaires ou télécoms », illustre Frédéric Barbaresco, le responsable des technologies de capteurs chez Thales.

Les industriels ne veulent pas mettre tous leurs œufs dans le même panier. EDF, qui s’intéresse aussi au quantique pour résoudre des équations aux dérivées partielles afin de mieux anticiper les contraintes diverses dans la gestion de ses barrages, devrait bientôt « commencer à travailler avec Quandela et son processeur photonique », annonce Marc Porcheron, sans en dévoiler plus. Cette start-up, voisine de Pasqal à Palaiseau (Essonne), peut déjà s’appuyer sur la vente de ses sources de photons uniques pour soutenir ses efforts dans la fabrication d’un ordinateur quantique optique.

Composer avec les émulateurs

Arrivé plus tardivement dans le club des « early adopters », Naval Group n’a certes « pas encore envoyé de codes sur des machines », admet Romain Kukla, le responsable du quantique chez Naval Group Research. Mais la société française de défense a tout de même les yeux rivés sur les start-up françaises du quantique, révèle ce dernier. Après plus d’un an de veille, où la petite équipe quantique du groupe s’est intéressée, elle aussi, à l’optimisation combinatoire, elle a fait un choix audacieux : collaborer avec Alice&Bob sur l’apprentissage profond quantique, dans un projet avec l’Inria, financé par le Pack quantique d’Ile-de-France, qui doit débuter en ce mois de septembre.

Calcul analogique

Contrairement au calcul numérique qui applique des opérations logiques sur les qubits, le calcul quantique analogique consite à placer le système de qubits dans une configuration initiale correspondant au problème à résoudre puis à le laisser évoluer vers son état d’énergie minimum, ce qui donne la solution au problème.

 

Alice&Bob développe un processeur à base de « qubits de chats », dont les propriétés devraient permettre de se passer de codes correcteurs d’erreurs pour atteindre un calculateur quantique universel. Une technologie moins mature que beaucoup d’autres, mais prometteuse, qui a séduit Romain Kukla : « Dans les projets Pack quantique, tout le monde s’est arraché Pasqal. J’ai préféré parier sur Alice&Bob, que j’avais dans le viseur depuis longtemps, car je suis impressionné par leurs travaux. » L’engagement d’Amazon dans les qubits de chats et les 26 millions d’euros levés par la start-up française ont fini de le convaincre.

Connecter les travaux sur le software et ceux sur le hardware

« En tant que membre du Centre de calcul recherche et technologie (CCRT), situé au Très Grand Centre de calcul (TGCC) du CEA, à Bruyères-le-Châtel (Essonne), nous attendons avec impatience les machines de Pasqal, et probablement d’Alice & Bob, qui seront déployées en 2023 et couplées au Joliot- Curie, le superordinateur du Genci », s’enthousiasme-t-il. D’ici là, il faudra « composer avec les émulateurs, qui plafonnent à quelques qubits bruités », comme la QLM d’Atos ou la toute nouvelle machine cuQuantum de Nvidia, concède ce physicien quantique de formation.

« D’un côté, des cas d’usages sont explorés par les industriels, de l’autre, le gouvernement finance des machines, mais il y a peu de lien entre les deux, regrette Frédéric Barbaresco. Pourtant, le développement de compilateurs et celui du hardware seront affectés l’un par l’autre. Si on déconnecte la réflexion sur la programmation quantique et celle sur les architectures hardware, on risque d’aller dans le mur. » Et le spécialiste des capteurs chez Thales d’annoncer, en exclusivité pour « Industrie & Technologies », la collaboration de Thales avec Alice & Bob et l’École normale supérieure au sein de Quantum Computation Structures (Quacs), un nouveau laboratoire quantique rattaché à l’université Paris-Saclay pour combler ce manque.

L’Open innovation, un levier incontournable

Défricher les applications du calcul quantique pousse à innover en commun. En témoigne le partenariat entre EDF et Thales présenté fin mars à la Teratec quantum computing initiative (TQCI). Son but ? Explorer l’usage d’algorithmes quantiques pour la résolution d’équations aux dérivées partielles – afin d’optimiser la gestion de ses barrages, pour le premier, et d’améliorer le design de ses radars et antennes télécoms, pour le second. « Dans le quantique, nous sommes en phase pré-compétitive, ce qui favorise les collaborations de tout genre », s’enthousiasme Johannes Klepsch, spécialiste des technologies émergentes chez BMW, l’un des membres fondateurs de Qutac, le consortium allemand d’utilisateurs du quantique.

Inspiré par l’initiative lancée en 2020 par Thierry Botter, alors responsable adjoint du centre de R&T d’Airbus -aujourd’hui directeur de Quic, le consortium européen des industriels du quantique -, BMW a lui aussi lancé son concours quantique fin 2021. Elvira Shishenina (BMW) et Alexandre Krajenbrink (Quantinuum), deux anciens de Polytechnique au conseil d’administration du Lab quantique, ont été encore plus loin dans l’innovation ouverte en proposant, via l’association QuantX, un hackathon réunissant dix équipes constituées d’industriels, d’acteurs du quantique, d’étudiants et de postdoctorants, à Paris en octobre 2021. À leur actif : deux nouveaux utilisateurs du quantique, L’ Oréal et Saint-Gobain, des contrats de collaborations signés, plusieurs recrutements et un modèle qu’ils ont franchisé à Londres, Chicago et Sherbrooke, au Canada.

 

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Gros coup d’accélérateur pour le calcul quantique à base d’atomes neutres

Opinion | Une « course de fonds » pour les start-up – Les Échos

Opinion | Une « course de fonds » pour les start-up – Les Échos

Publié le 29 sept. 2022 à 8:10Mis à jour le 29 sept. 2022 à 8:13

Crise énergétique et climatique inédite, retour de l’inflation et resserrement de la politique monétaire : ne nous le cachons pas, après avoir montré son exceptionnelle capacité de rebond post-Covid, l’économie française va connaître des heures agitées.

Ce sera d’autant plus vrai pour nos start-up avec un fort ralentissement des financements à venir. Pourtant, c’est bien dans ces temps complexes qu’il faut agir pour préparer l’économie et les emplois de demain et retrouver notre souveraineté industrielle.

Le cantique du quantique : entretien avec Charles Beigbeder – L'Incorrect

Le cantique du quantique : entretien avec Charles Beigbeder – L'Incorrect

Qu’est-ce que la physique quantique va révolutionner ? 

Elle va permettre de créer une richesse inouïe d’informations : on peut l’utiliser pour faire des calculs et simuler la nature. On est en train de créer des machines quantiques, des processeurs qui pourront réaliser des calculs extrêmement compliqués que même les plus gros supercalculateurs actuels ne peuvent accomplir. Le processeur quantique peut aussi être utilisé comme un simulateur de la nature : par exemple, si l’on veut inventer de nouvelles molécules pour de nouveaux matériaux, pour de nouveaux catalyseurs afin de décarboner nos industries, ou si l’on veut inventer de nouveaux médicaments. 

Si nous devions synthétiser chaque molécule ça coûterait des millions de dollars par synthèse et il existe des milliards de milliards de combinaisons possibles. Si on sait le faire avec un ordinateur, ça ne coûte quasiment rien : c’est ce que l’on appelle la simulation de molécule. Soyons prudents tout de même : cet avantage quantique commence à se manifester mais son application réelle aura lieu dans des années, voire des dizaines d’années.

Ce sont des technologies aux conséquences tellement importantes qu’elles ont été rapidement classées comme des technologies de souveraineté par Bercy

Il n’y a donc pas encore d’application industrielle ? 

On teste toujours les premières machines quantiques qui commettent encore des erreurs. Mais chaque année qui passe, les progrès sont importants : chez Pascal par exemple, start-up française dans laquelle nous avons investi, ils estiment atteindre les 1000 qubits en 2024, un nombre avec lequel on devrait être capable de réaliser des calculs et des simulations que les supercalculateurs classiques ne savent pas faire.

Votre fonds a-t-il vocation à soutenir les souverainetés française et européenne, ou peut-il investir dans n’importe quelle start-up ? 

Le fonds est par principe global, mais il est plutôt investi aux deux tiers en Europe, dont près de 40 % en France, et aussi aux États-Unis et au Canada. Cependant, nous sommes plutôt focalisés sur l’Europe, et avons reçu le soutien de la BPI (Banque publique d’investissement) et du FEI (Fonds européen d’investissement). Il est sûr que la notion de souveraineté européenne est dans toutes les têtes quand l’on parle de quantique : ce sont des technologies aux conséquences tellement importantes qu’elles ont été rapidement classées comme des technologies de souveraineté par Bercy. […]

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La technologie quantique atteint un contrôle sans précédent sur la lumière capturée – Actualités Physique et – Houssenia Writing

La technologie quantique atteint un contrôle sans précédent sur la lumière capturée – Actualités Physique et – Houssenia Writing

Des chercheurs en technologie quantique de la Chalmers University of Technology ont réussi à développer une technique pour contrôler les états quantiques de la lumière dans une cavité tridimensionnelle. En plus de créer des états précédemment connus, les chercheurs sont les premiers à démontrer l’état de phase cubique longtemps recherché. Cette percée est une étape importante vers une correction d’erreur efficace dans les ordinateurs quantiques.

« Nous avons montré que notre technologie est à égalité avec les meilleures au monde », déclare Simone Gasparinetti, qui dirige un groupe de recherche en physique quantique expérimentale à Chalmers et l’un des principaux auteurs de l’étude.

Tout comme un ordinateur classique est basé sur des bits pouvant prendre la valeur 0 ou 1, la méthode la plus courante de construction d’un ordinateur quantique utilise une approche similaire. Les systèmes de mécanique quantique avec deux états quantiques différents, appelés bits quantiques (qubits), sont utilisés comme blocs de construction. L’un des états quantiques se voit attribuer la valeur 0 et l’autre la valeur 1. Cependant, en raison de l’état mécanique quantique de superposition, les qubits peuvent prendre les deux états 0 et 1 simultanément, permettant à un ordinateur quantique de traiter d’énormes volumes de données avec la possibilité de résoudre des problèmes bien au-delà de la portée des supercalculateurs d’aujourd’hui.

Première fois pour l’état de phase cubique

Un obstacle majeur à la réalisation d’un ordinateur quantique pratiquement utile est que les systèmes quantiques utilisés pour coder les informations sont sujets au bruit et aux interférences, ce qui provoque des erreurs. La correction de ces erreurs est un défi majeur dans le développement des ordinateurs quantiques. Une approche prometteuse consiste à remplacer les qubits par des résonateurs – des systèmes quantiques qui, au lieu d’avoir seulement deux états définis, en ont un très grand nombre. Ces états peuvent être comparés à une corde de guitare, qui peut vibrer de différentes manières. La méthode s’appelle calcul quantique à variable continue et permet de coder les valeurs 1 et 0 dans plusieurs états mécaniques quantiques d’un résonateur. Cependant, contrôler les états d’un résonateur est un défi auquel sont confrontés les chercheurs quantiques du monde entier. Et les résultats de Chalmers fournissent un moyen de le faire. La technique développée à Chalmers permet aux chercheurs de générer pratiquement tous les états quantiques de la lumière précédemment démontrés, comme par exemple le chat de Schrödinger ou les états de Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP), et les état de phase cubique, un état précédemment décrit seulement en théorie.

« L’état de phase cubique est quelque chose que de nombreux chercheurs quantiques essaient de créer en pratique depuis vingt ans. Le fait que nous ayons réussi à le faire pour la première fois est une démonstration du bon fonctionnement de notre technique, mais le plus important avance, c’est qu’il y a tellement d’états de complexité variable et nous avons trouvé une technique qui peut créer n’importe lequel d’entre eux », explique Marina Kudra, doctorante au Département de microtechnologie et de nanosciences et auteure principale de l’étude.

Amélioration de la vitesse de la porte

Le résonateur est une cavité supraconductrice tridimensionnelle en aluminium. Des superpositions complexes de photons piégés à l’intérieur du résonateur sont générées par interaction avec un circuit supraconducteur secondaire.

Les propriétés mécaniques quantiques des photons sont contrôlées en appliquant un ensemble d’impulsions électromagnétiques appelées portes. Les chercheurs ont d’abord réussi à utiliser un algorithme pour optimiser une séquence spécifique de portes de déplacement simples et de portes SNAP complexes pour générer l’état des photons. Lorsque les grilles complexes se sont avérées trop longues, les chercheurs ont trouvé un moyen de les raccourcir en utilisant des méthodes de contrôle optimales pour optimiser les impulsions électromagnétiques.

« L’amélioration drastique de la vitesse de nos portes SNAP nous a permis d’atténuer les effets de la décohérence dans notre contrôleur quantique, faisant progresser cette technologie. Nous avons montré que nous maîtrisions totalement notre système de mécanique quantique », déclare Simone Gasparinetti.

Ou, pour le dire plus poétiquement :

« J’ai capturé la lumière dans un endroit où elle s’épanouit et je l’ai façonnée dans de très belles formes », explique Marina Kudra.

L’obtention de ce résultat dépendait également de la haute qualité du système physique (le résonateur en aluminium lui-même et le circuit supraconducteur.) Marina Kudra a déjà montré comment la cavité en aluminium est créée en la fraisant d’abord, puis en la rendant extrêmement propre par des méthodes telles que le chauffer à 500 degrés centigrades et le laver avec de l’acide et du solvant. L’électronique qui applique les portes électromagnétiques à la cavité a été développée en collaboration avec la société suédoise Intermodulation Products.

Recherche dans le cadre du programme de recherche WACQT

La recherche a été menée à Chalmers dans le cadre du Wallenberg Center for Quantum Technology (WACQT), un programme de recherche complet dont l’objectif est de faire de la recherche et de l’industrie suédoises des leaders de la technologie quantique. L’initiative est dirigée par le professeur Per Delsing et un objectif principal est de développer un ordinateur quantique.

« Chez Chalmers, nous avons la pile complète pour construire un ordinateur quantique, de la théorie à l’expérience, le tout sous un même toit. Résoudre le défi de la correction d’erreurs est un goulot d’étranglement majeur dans le développement d’ordinateurs quantiques à grande échelle, et nos résultats sont la preuve pour notre culture et nos méthodes de travail », déclare Per Delsing.

News: Sécuriser les communications grâce aux technologies quantiques, 27-Sep.-2022 – NATO

News: Sécuriser les communications grâce aux technologies quantiques, 27-Sep.-2022 – NATO

Plusieurs projets novateurs conduits par des scientifiques dans les pays de l’Alliance et les pays partenaires, ouvrent aujourd’hui de nouvelles perspectives s’agissant d’exploiter la puissance des technologies quantiques pour prévenir toute l’interception et tout piratage des communications. Le recours à ces technologies dans les secteurs de la sécurité et de la défense pourrait aider à sécuriser pour l’avenir la transmission des informations, en la protégeant contre des systèmes de piratage de plus en plus sophistiqués et en contribuant aux efforts que l’OTAN déploie pour conserver son avance technologique.

Des chercheurs étudient dans le cadre de projets de recherche et développement menés au titre du programme de l’OTAN pour la science au service de la paix et de la sécurité (SPS) le volet sécurité des applications des technologies quantiques dans leurs trois principaux domaines, à savoir l’informatique, les capteurs et les communications. Les ordinateurs et les capteurs quantiques élèvent les performances de ces systèmes de calcul et de télémesure à des niveaux auxquels on ne pouvait prétendre jusqu’ici. Dans le domaine de la communication quantique, les travaux menés au titre du programme SPS laissent entrevoir des résultats très prometteurs. Ces projets portent sur le développement de systèmes permettant de chiffrer et de sécuriser la transmission d’informations au moyen de la distribution quantique de clés (QKD) et de la cryptographie postquantique (PQC). Parce qu’elles interdisent tout accès non autorisé, ces techniques sont une réponse aux préoccupations de sécurité croissantes qu’engendrent les nouvelles technologies comme les ordinateurs quantiques, machines capables de déchiffrer des communications secrètes.

Essais de distribution quantique de clés

La distribution quantique de clés (QKD) est une méthode de communication quantique qui permet de partager des clés de déchiffrement. Le message chiffré est envoyé via les réseaux classiques, tandis que les clés destinées à le décrypter sont échangées par des moyens quantiques, rendant ainsi toute interception impossible. Seul le destinataire peut donc décoder le message. Appliquée dans le cadre d’un projet SPS, cette méthode a permis de connecter l’Italie à Malte au moyen d’une liaison QKD prototype en utilisant un câble à fibre optique sous-marin, une première.

Un autre projet de recherche soutenu par le programme SPS visait à étudier les techniques QKD pour envoyer des clés cryptographiques entre deux points situés à plusieurs centaines de kilomètres. Parallèlement, des chercheurs d’une université tchèque travaillent sur l’intégration de la technologie QKD dans un réseau 5G pour déterminer si cette distribution pourrait renforcer la cybersécurité des futurs systèmes de communication.

Démonstration de cryptographie postquantique

Contrairement à la distribution quantique de clés, qui utilise des propriétés quantiques physiques pour assurer la protection des informations, la cryptographie postquantique (PQC) utilise elle la cryptographie et des fonctions mathématiques pour sécuriser les communications. Un groupe de scientifiques venus de différents pays et œuvrant dans le cadre du programme SPS a récemment démontré que la cryptographie postquantique permettait de transmettre des informations en toute sécurité, sans qu’un hacker puisse les déchiffrer, même à l’aide d’un ordinateur quantique. Mettant en œuvre un protocole sécurisé, cinq groupes de recherche – respectivement basés à Malte, en Slovaquie, en Espagne, aux États-Unis et au siège de l’OTAN (Belgique) – sont parvenus à établir une communication dans un environnement totalement sécurisé, sans risque d’intrusion.

Dans le nouveau concept stratégique de l’OTAN, document adopté au sommet de Madrid, en 2022, les Alliés reconnaissent le rôle crucial que peut jouer la technologie, et plus particulièrement par les technologies émergentes et les technologies de rupture (TE/TR), lorsqu’il s’agit de façonner l’avenir de l’Alliance. Pour étudier les possibilités et les risques associés aux TE/TR, le programme SPS soutient des travaux de recherche portant sur les tendances technologiques dans certains domaines comme l’intelligence artificielle, les systèmes autonomes, la bio-ingénierie, et surtout les technologies quantiques. Dans l’avenir, les projets SPS consacrés aux technologies quantiques étudieront comment intégrer la distribution quantique de clés et la cryptographie postquantique pour une sécurisation optimale et holistique des infrastructures informatiques dans l’Alliance.

Les clés de la Cryptographie Post-Quantique – Finyear

Les clés de la Cryptographie Post-Quantique – Finyear


La technologie des ordinateurs quantiques n’en est qu’à ses débuts qu’on parle déjà de cryptographie post-quantique. Loin du buzzword, cette discipline est en passe de devenir un vrai casse-tête dans les secteurs de la cybersécurité, des télécommunications, des banques ou encore des renseignements. La disruption de l’informatique quantique, avant d’être une opportunité et une source de progrès dans de nombreux domaines, sera une menace sérieuse pour la sécurité des données.

Deux disciplines distinctes : la cryptographie quantique vs la cryptographie post-quantique.

Décryptage

La cryptographie quantique

La cryptographie quantique est sortie du domaine théorique depuis quelques années. Si on ignore depuis quand les états-majors militaires ou les services de renseignement la testent, on sait qu’elle a été utilisée avec succès dès 2004 lors d’une importante transaction financière, puis en 2007 avec ID Quantique, spin-off de l’Université de Genève pour transmettre les résultats des élections suisses.

La cryptographie quantique utilise les propriétés de la physique quantique pour établir des protocoles de cryptographie. Le porteur d’information est alors le photon – encodé via la polarisation, sa phase ou encore son amplitude. L’exemple le plus connu est la distribution quantique de clés secrètes, appelée QKD (Quantum Key Distribution) fournissant un canal de communication sécurisé entre deux utilisateurs distants pour générer une clé privée.

La clé ainsi distribuée peut alors être utilisée pour chiffrer et déchiffrer de manière symétrique un message via la technique du masque jetable (somme modulo deux entre le message et la clé), garantissant un niveau de sécurité inconditionnel de bout en bout. Et ce, même face à un adversaire en possession d’un ordinateur quantique.

Cette technique repose sur le fait qu’il est impossible de copier l’état d’un système quantique (théorème de non-clonage) et que toute mesure sur un système quantique perturbe en général ce dernier, de sorte que la présence d’un espion cherchant à acquérir de l’information sur la clé échangée est alors décelable.

La cryptographie post-quantique

La cryptographie post-quantique désigne des algorithmes de chiffrement conventionnel robustes, face à un attaquant disposant d’un hypothétique ordinateur quantique de grande échelle, avec plusieurs milliers, voire centaines de milliers de qubits logiques.

Pour ce dernier, c’est un peu l’histoire du pompier pyromane. D’un côté les pompiers cherchant à protéger les communications numériques avec des algorithmes résistants. De l’autre, les pyromanes, espérant casser les clés de sécurité publique de type RSA.

L’Algorithme de Shor

En 1994, Peter Shor, un mathématicien américain crée un algorithme capable de factoriser rapidement des nombres entiers. À l’époque, les chercheurs n’avaient pas réussi à créer un seul qubit contrôlable, que l’algorithme provoquait déjà un vif intérêt pour le calcul quantique.

L’algorithme de Shor permet de casser de nombreux systèmes de cryptographie utilisant des clés publiques, tel que le protocole RSA massivement utilisé dans le e-commerce. L’industrie des télécoms et de l’informatique seront les premiers impactés. Cet algorithme ne peut toutefois tourner que sur des ordinateurs quantiques universels avec correction d’erreurs, nécessitant un nombre non négligeable de qubits physiques.

Les conséquences

L’avènement de l’ordinateur quantique devrait avoir un réel impact sur la cryptographie asymétrique à clé publique, rendant les protections des infrastructures et des applications obsolètes, si le risque n’est pas anticipé. Les entreprises devront fournir un énorme effort de gestion du changement pouvant aller de 2 à 4 ans. L’ordinateur quantique constitue un risque potentiel qui peut être anticipé via une migration vers des algorithmes de chiffrement post-quantiques, dont il reste à définir les standards.

Les systèmes de cryptographie symétriques à clé privée sont à l’abri de la menace Shor, car la cryptographie quantique est à même d’apporter une réponse à cette problématique et porte la promesse d’une sécurité inconditionnelle.

La Cryptographie Post-Quantique, c’est pour tout de suite ?

L’ordinateur quantique parfait n’existe pas encore que déjà, bon nombre d’algorithmes sont prêts à y être implémentés. Jusqu’à présent, aucune implémentation de ce célèbre algorithme n’avait pu être vérifiée, faute d’outils adaptés. Mais des solutions de cryptographies robustes à l’algorithme de Shor fleurissent déjà, comme CryptoNext Security, spin-off de l’Inria Paris et de la Sorbonne.

Par ailleurs, les premières générations d’ordinateurs quantiques ne supporteront probablement pas une implémentation « efficace » de l’algorithme de Shor. L’algorithme reste toutefois un étendard symbolique pour le logiciel quantique, ainsi qu’un étalon pour prouver le passage à l’échelle des différentes solutions.