Ordinateurs quantiques, devrions-nous en être effrayés ?

La monnaie, les cartes géographiques, les titres de transports, les livres, les achats, la musique, aujourd’hui rien n’échappe à l’ascension fulgurante du numérique dans notre monde. À l’heure où l’électronique et l’informatique se développent parallèlement en masse, la question de la sécurité informatique est au cœur des préoccupations. L’apparition des ordinateurs quantiques dans les futures décennies menacerait en effet le cryptage actuel des données. Qu’il s’agisse de données confidentielles d’organisations mondiales, ou de nos propres données en tant que citoyen, le risque qu’ils représentent est bien réel. C’est pourquoi plusieurs experts alertent dans un rapport de l’Académie des Sciences, de l’Ingénierie et de la Médecine des États-Unis sur la nécessité d’anticiper cette menace au plus vite.

L’ordinateur quantique

En informatique, le transistor est un composant électronique qui permet de faire des portes logiques. Aujourd’hui le nombre de transistors sur un micro-processeur de la taille d’un pouce atteint les milliards. Cela est notamment dû à la finesse de gravure qui est de plus en plus petite (10-14 nanomètres).

Toutefois, arrivées à une certaine échelle de gravure, les lois de la mécanique classique atteignent leurs limites : les électrons vont alors se comporter différemment dans les transistors et obéir à la mécanique quantique. Une propriété fondamentale de la mécanique quantique, quoique contre-intuitive, est la superposition des états : les particules subatomiques vont être capable de se trouver dans deux états à la fois.

Concrètement, dans les circuits électroniques, là où un ordinateur classique traitera ses données codées sur des bits pouvant prendre les valeurs 0 ou 1, un ordinateur quantique le fera sur des bits quantiques : les « qubits ». Ces derniers par principe de superposition des états pourront à la fois prendre la valeur 0 et la valeur 1. Cette superposition des états permet alors au processeur une rapidité de calcul jamais atteinte.

Pour illustration, un ordinateur classique qui code sur 8 bits (exemple :00110101) pourra coder 256 valeurs différentes en les codant et stockant une après une. Un ordinateur quantique les codera et stockera toutes en même temps. Il gagne donc en efficacité et en rapidité de calcul.

Crypto-sécurité menacée ?

Aujourd’hui, le chiffrement RSA est à la base de la sécurité informatique dans tous les systèmes d’échange de données confidentielles. Cette base établie il y a plus d’un demi-siècle n’a pas, ou très peu, évolué. L’arrivée d’un ordinateur quantique sur le marché ou entre les mains de personnes malveillantes aurait de terribles conséquences. Par sa puissance de traitement, ce dernier pourrait en effet craquer le chiffrement RSA d’un système de communication en quelques secondes, notamment grâce à l’un des algorithmes quantiques les plus connus : l’algorithme de Shor (1994) qui, à partir d’un nombre entier N va trouver les nombres premiers qui le factorisent.

Par exemple, un chiffrement RSA contenant près de 1000 chiffres demanderait à un ordinateur classique un milliard d’années pour le décomposer en deux facteurs premiers. L’ordinateur quantique ne prendrait lui qu’une centaine de secondes.

C’est pour cette rai­son que le Na­tio­nal Ins­ti­tute Of Stan­dards and Tech­no­lo­gy des États-Unis (NIST) a lancé un appel international pour que lui soient sou­mis de nou­velles tech­niques de chif­fre­ment, de nouveaux algorithmes ca­pables de ré­sis­ter à l’or­di­na­teur quan­tique.

Chiffrement « post-quantique » nécessaire

Dans un rapport intitulé « Quantum Computing : Progress and Prospects » (2018) , des experts de l’Académie des Sciences, de l’Ingénierie et de la Médecine des États-Unis attirent l’attention sur les dangers potentiels des ordinateurs quantiques et sur l’importance de concevoir un nouveau standard de cryptographie : la cryptographie post-quantique.

Cette standardisation du chiffrement pourrait toutefois prendre jusqu’à deux décennies. Les auteurs du rapport y précisent qu’il faut impérativement s’assurer que des ordinateurs quantiques capables de craquer les codes RSA ne voient pas le jour dans cet intervalle de temps. Si c’est le cas, les données personnelles des systèmes dans tous les secteurs deviendront plus facilement accessibles et pourrait entraîner une cyber-guerre à l’échelle mondiale.

Au fil des années, l’informatique pense et forge un monde numérique qui s’amalgame parfaitement à notre monde réel. Nous en sommes aujourd’hui dépendant. Bien qu’assez loin d’apparaître sur le marché ou dans des secteurs privés pour des raisons techniques, les ordinateurs quantiques nous rappellent la vulnérabilité de nos données informatiques. D’une part les informaticiens veulent faire évoluer les performances des ordinateurs classiques en fabriquant des ordinateurs quantiques, mais d’autre part pour des raisons de sécurité nationale et mondiale leur conception progressive génère de nombreux problèmes.

crédit photo : Guillaume Segond

Bibliographie et articles relatifs au sujet qui peuvent vous intéresser :

-National Academies of Sciences, Engineering, and Medecine, 2018. “Quantum Computing: Progress and Prospects”.Washington, DC: The National Academies Press. EBook. 7 Dec.2018.

<https://www.nap.edu/read/25196/chapter/1>

-Dustin Moody, Larry Feldman, Gregory Witte. “Securing Tomorrow’s Information Trough Post-Quantum Cryptography”, Feb 2018. ITL Bulletin. NIST. Web. 16 Dec.2018.

<https://csrc.nist.gov/publications/detail/itl-bulletin/2018/02/securing-information-through-post-quantum-cryptography/final>