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L'informatique quantique est restée à l'aube d'une révolution technologique pendant la majeure partie de la dernière décennie. Cependant, la percée promise ne semble toujours pas plus proche qu'elle ne l'était il y a quelques années. Pendant ce temps, alors même que les investissements continuent d'affluer, les experts soulèvent des questions inconfortables pour savoir si cela représente la fin de la confidentialité en ligne telle que nous la connaissons. Alors, qu'est-ce que l'informatique quantique, en quoi diffère-t-elle des ordinateurs traditionnels et pourquoi les chercheurs sonnent-ils la sonnette d'alarme à ce sujet? Nous essaierons de répondre à toutes ces questions aujourd'hui.
Qu'est-ce que l'informatique quantique et comment elle menace la cybersécurité
Alors que les ordinateurs quantiques actuels nous ont donné un aperçu de ce dont la technologie est capable, elle n'a toujours pas atteint son potentiel maximal. Pourtant, c'est la promesse d'une puissance débridée qui soulève le hack des professionnels de la cybersécurité. Aujourd'hui, nous en apprendrons davantage sur ces préoccupations et sur les mesures prises par les chercheurs pour y répondre. Alors, sans plus tarder, voyons ce que sont les ordinateurs quantiques, comment ils fonctionnent et ce que font les chercheurs pour s'assurer qu'ils ne seront pas des cauchemars de sécurité. Table des matières + -
Qu'est-ce que l'informatique quantique?
Les ordinateurs quantiques sont des machines qui utilisent les propriétés de la mécanique quantique, comme la superposition et l'intrication, pour résoudre des problèmes complexes. Ils fournissent généralement des quantités massives de puissance de traitement d'un ordre de grandeur plus élevé que même les supercalculateurs modernes les plus gros et les plus puissants. Cela leur permet de résoudre certains problèmes de calcul, tels que la factorisation d'entiers, beaucoup plus rapidement que les ordinateurs classiques.
Introduit en 2019, le processeur Sycamore 53 qubits de Google aurait atteint la suprématie quantique, repoussant les limites de ce que la technologie peut faire. Il pourrait faire en trois minutes ce qu'un ordinateur classique prendrait environ 10 000 ans. Bien que cela promette de grands progrès pour les chercheurs dans de nombreux domaines, cela a également soulevé des questions inconfortables sur la confidentialité que les scientifiques s'efforcent maintenant de résoudre..
Différence entre les ordinateurs quantiques et les ordinateurs traditionnels
La première et la plus grande différence entre les ordinateurs quantiques et les ordinateurs traditionnels réside dans la manière dont ils encodent les informations. Alors que ces derniers codent les informations en «bits» binaires qui peuvent être des 0 ou des 1, dans les ordinateurs quantiques, l'unité de base de la mémoire est un bit quantique, ou `` qubit '', dont la valeur peut être simultanément `` 1 '' ou `` 0 '', ou `` 1 ET 0 ''. Cela se fait par `` superposition '' - le principe fondamental de la mécanique quantique qui décrit comment les particules quantiques peuvent voyager dans le temps, exister à plusieurs endroits à la fois et même se téléporter..
La superposition permet à deux qubits de représenter quatre scénarios en même temps au lieu d'analyser séquentiellement un «1» ou un «0». La capacité à prendre plusieurs valeurs en même temps est la principale raison pour laquelle les qubits réduisent considérablement le temps nécessaire pour analyser un ensemble de données ou effectuer des calculs complexes..
Une autre différence majeure entre les ordinateurs quantiques et les ordinateurs conventionnels est l'absence de tout langage informatique quantique en soi. Dans l'informatique classique, la programmation dépend du langage informatique (ET, OU, PAS), mais avec les ordinateurs quantiques, il n'y a pas un tel luxe. C'est parce que contrairement aux ordinateurs ordinaires, ils n'ont pas de processeur ou de mémoire tels que nous les connaissons. Au lieu de cela, il n'y a qu'un groupe de qubits pour écrire des informations sans aucune architecture matérielle compliquée contrairement aux ordinateurs conventionnels.
Fondamentalement, ce sont des machines relativement simples par rapport aux ordinateurs traditionnels, mais peuvent toujours offrir des tonnes de puissance qui peuvent être exploitées pour résoudre des problèmes très spécifiques. Avec les ordinateurs quantiques, les chercheurs utilisent généralement des algorithmes (des modèles mathématiques qui fonctionnent également sur des ordinateurs classiques) qui peuvent fournir des solutions à des problèmes linéaires. Cependant, ces machines ne sont pas aussi polyvalentes que les ordinateurs conventionnels et ne conviennent pas aux tâches quotidiennes..
Applications potentielles de l'informatique quantique
L'informatique quantique n'est toujours pas le produit mûr que certains pensaient qu'il deviendrait d'ici la fin de la dernière décennie. Cependant, il offre toujours des cas d'utilisation fascinants, en particulier pour les programmes qui admettent une accélération quantique polynomiale. Le meilleur exemple en est la recherche non structurée, qui consiste à trouver un élément spécifique dans une base de données.
Beaucoup pensent également que l'un des plus grands cas d'utilisation de l'informatique quantique sera la simulation quantique, qui est difficile à étudier en laboratoire et impossible à modéliser avec un supercalculateur. Cela devrait, en théorie, contribuer aux progrès de la chimie et de la nanotechnologie, même si la technologie elle-même n'est pas encore tout à fait prête..
L'apprentissage automatique est un autre domaine qui peut bénéficier des progrès de l'informatique quantique. Alors que la recherche dans ce domaine est toujours en cours, les partisans de l'informatique quantique estiment que la nature algébrique linéaire du calcul quantique permettra aux chercheurs de développer des algorithmes quantiques qui peuvent accélérer les tâches d'apprentissage automatique..
Cela nous amène au cas d'utilisation le plus notable des ordinateurs quantiques: la cryptographie. La vitesse fulgurante avec laquelle les ordinateurs quantiques peuvent résoudre des problèmes linéaires est mieux illustrée par la manière dont ils peuvent déchiffrer la cryptographie à clé publique. En effet, un ordinateur quantique pourrait résoudre efficacement le problème de la factorisation d'entiers, le problème du logarithme discret et le problème du logarithme discret à courbe elliptique, qui ensemble sous-tendent la sécurité de presque tous les systèmes cryptographiques à clé publique..
L'informatique quantique est-elle la fin de la confidentialité numérique??
Les trois algorithmes cryptographiques mentionnés ci-dessus sont considérés comme irréalisables sur le plan informatique avec les supercalculateurs traditionnels et sont généralement utilisés pour crypter des pages Web sécurisées, des e-mails cryptés et d'autres types de données. Cependant, cela change avec les ordinateurs quantiques, qui peuvent, en théorie, résoudre tous ces problèmes complexes en utilisant l'algorithme de Shor, rendant essentiellement le cryptage moderne insuffisant face à d'éventuelles attaques..
Le fait que les ordinateurs quantiques puissent briser tout le cryptage numérique traditionnel pourrait avoir des conséquences importantes sur la confidentialité électronique et la sécurité des citoyens, des gouvernements et des entreprises. Un ordinateur quantique pourrait casser efficacement une clé RSA de 3072 bits, une clé AES de 128 bits ou une clé de courbe elliptique de 256 bits, car il peut facilement trouver leurs facteurs en les réduisant essentiellement à seulement 26 bits..
Alors qu'une clé de 128 bits est pratiquement impossible à craquer dans un laps de temps réalisable, même par les supercalculateurs les plus puissants, une clé de 26 bits pourrait être facilement craquée à l'aide d'un PC domestique ordinaire. Cela signifie que tout le cryptage utilisé par les banques, les hôpitaux et les agences gouvernementales sera réduit à néant si des acteurs malveillants, y compris des États-nations voyous, peuvent construire des ordinateurs quantiques suffisamment grands et suffisamment stables pour soutenir leurs plans infâmes..
Cependant, tout n'est pas sombre pour la sécurité numérique mondiale. Les ordinateurs quantiques existants n'ont pas la puissance de traitement nécessaire pour briser tout algorithme cryptographique réel, de sorte que vos coordonnées bancaires sont toujours à l'abri des attaques par force brute pour le moment. De plus, la même capacité qui peut potentiellement décimer toute la cryptographie à clé publique moderne est également exploitée par les scientifiques pour créer une nouvelle `` cryptographie post-quantique '' à l'épreuve du piratage qui pourrait potentiellement changer le paysage de la sécurité des données dans les années à venir..
Pour l'instant, de nombreux algorithmes de cryptage à clé publique bien connus sont déjà considérés comme sécurisés contre les attaques d'ordinateurs quantiques. Cela inclut IEEE Std 1363.1 et OASIS KMIP, qui décrivent déjà tous deux des algorithmes de sécurité quantique. Les organisations peuvent également éviter les attaques potentielles des ordinateurs quantiques en passant à AES-256, qui offre un niveau de sécurité adéquat contre les ordinateurs quantiques.
Défis empêchant une révolution quantique
Malgré leur énorme potentiel, les ordinateurs quantiques sont restés une technologie de «nouvelle génération» pendant des décennies sans passer par une solution viable pour un usage général. Il y a plusieurs raisons à cela, et la plupart d'entre elles se sont révélées jusqu'à présent au-delà de la technologie moderne..
Premièrement, la plupart les ordinateurs quantiques ne peuvent fonctionner qu'à une température de -273 ° C (-459 ° F), une fraction de degré au-dessus du zéro absolu (0 degré Kelvin). Comme si cela ne suffisait pas, il nécessite une pression atmosphérique presque nulle et doit être isolé du champ magnétique terrestre.
Bien que l'atteinte de ces températures hors du monde soit en soi un défi de taille, cela pose également un autre problème. Les composants électroniques nécessaires pour contrôler les qubits ne fonctionnent pas dans des conditions aussi froides et doivent être conservés dans un endroit plus chaud. Les connecter avec un câblage résistant à la température fonctionne pour les puces quantiques rudimentaires utilisées aujourd'hui, mais à mesure que la technologie évolue, la complexité du câblage devrait devenir un défi de taille..
Tout bien considéré, les scientifiques devront trouver un moyen de faire fonctionner les ordinateurs quantiques à des températures plus raisonnables pour faire évoluer la technologie à des fins commerciales. Heureusement, les physiciens y travaillent déjà, et l'année dernière, deux groupes de chercheurs de l'Université de New South Wales en Australie et de QuTech à Delft, aux Pays-Bas, ont publié des articles affirmant avoir créé des ordinateurs quantiques à base de silicium qui fonctionnent à plein régime. degré au-dessus du zéro absolu.
Cela ne nous semble pas grand-chose, mais il est salué comme une avancée majeure par les physiciens quantiques, qui pensent que cela pourrait potentiellement annoncer une nouvelle ère dans la technologie. En effet, la température (légèrement) plus chaude permettrait aux qubits et à l'électronique d'être réunis comme des circuits intégrés traditionnels, ce qui les rendrait potentiellement plus puissants..
Des ordinateurs quantiques puissants que vous devez connaître
Parallèlement au processeur Sycamore 53 qubits mentionné précédemment, Google a également présenté un processeur quantique basé sur une porte appelé `` Bristlecone '' lors de la réunion annuelle de l'American Physical Society à Los Angeles en 2018. La société estime que la puce est capable de fournir enfin de l'énergie. de l'informatique quantique au grand public en résolvant des `` problèmes du monde réel ''. 
IBM a également dévoilé son premier ordinateur quantique, le Q, en 2019, avec la promesse d'activer des `` ordinateurs quantiques universels '' qui pourraient fonctionner pour la première fois en dehors du laboratoire de recherche. Décrit comme le premier système informatique quantique intégré au monde à usage commercial, il est conçu pour résoudre des problèmes hors de portée des ordinateurs classiques dans des domaines tels que les services financiers, les produits pharmaceutiques et l'intelligence artificielle.. 
Honeywell International a également annoncé son propre ordinateur quantique. La société a annoncé en juin dernier qu'elle avait créé «l'ordinateur quantique le plus puissant au monde». Avec un volume quantique de 64, l'ordinateur quantique Honeywell serait deux fois plus puissant que son concurrent le plus proche, ce qui pourrait faire sortir la technologie des laboratoires pour résoudre des problèmes de calcul du monde réel qu'il est impossible de résoudre avec les ordinateurs traditionnels..
Informatique quantique: l'aube d'une nouvelle ère ou une menace pour la confidentialité numérique?
La différence entre les ordinateurs quantiques et les ordinateurs traditionnels est si énorme que les premiers ne remplaceront peut-être pas les seconds de si tôt. Cependant, avec une correction d'erreur appropriée et une meilleure efficacité énergétique, nous pourrions, espérons-le, voir une utilisation plus omniprésente des ordinateurs quantiques à l'avenir. Et lorsque cela se produira, il sera intéressant de voir si cela signifiera la fin de la sécurité numérique telle que nous la connaissons ou inaugurera une nouvelle aube de la cryptographie numérique..
Alors, vous attendez-vous à ce que les ordinateurs quantiques deviennent (relativement) plus omniprésents dans un proche avenir? Ou est-il destiné à rester expérimental dans un avenir prévisible? Faites-nous savoir dans les commentaires ci-dessous. De plus, si vous souhaitez en savoir plus sur le cryptage et la cryptographie, consultez nos articles liés ci-dessous:
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