Deux caractéristiques distinguent les technologies de l'information quantique des technologies de l'information classiques. Premièrement, elles reposent sur la physique quantique, les propriétés parfois contre-intuitives de la nature à l’échelle atomique. Deuxièmement, mesurer ou observer un système quantique modifie fondamentalement l’information quantique. Ces deux caractéristiques amènent les technologies quantiques à traiter l’information d’une manière fondamentalement différente des technologies classiques. La différence de traitement de l’information commence au niveau le plus petit — un bit quantique, ou qubit, qui s’apparente à un bit dans un ordinateur classique.
Les ordinateurs quantiques peuvent, pour certains problèmes, augmenter radicalement la vitesse de traitement par rapport à un ordinateur classique. Les technologies de communications quantiques peuvent transmettre des qubits tout en préservant leurs propriétés quantiques, ce qui est nécessaire pour atteindre certains protocoles de sécurité et connecter des appareils quantiques. Toutefois, elles se soutiennent mutuellement dans certains domaines du développement.
Présentation de la « série Inspiration » par les Quantum Labs de HCLTech
Pour comprendre la portée et l’évolution du marché des communications quantiques, HCLTech a organisé une série de séances en collaboration avec nos partenaires mondiaux en innovation. La série vise à offrir un aperçu complet du marché des communications quantiques du point de vue académique et industriel, en intégrant les volets affaires et technologiques. Les Quantum Labs de HCLTech, situés au cœur de l’innovation, visent à accélérer les activités d’exploration quantique pour aider les dirigeants du secteur à profiter des technologies quantiques.
Le panel du deuxième épisode comprenait Abhinav Khare (responsable, Tech Venturing et écosystème d’innovation ouverte, bureau du CTO), Professeur Amlan Chakrabarti (Directeur, School of IT, Université de Calcutta) et Nicolas Robles (Chef de file GSI quantique, IBM). La séance a englobé de riches discussions entre les principaux intervenants, chacun apportant son point de vue sur la manière d’ouvrir la voie à un monde sécurisé quantique.
Sécuriser le paysage des communications
Nous avons discuté de la menace imminente des ordinateurs quantiques et de la nécessité de mettre en place une communication sécurisée quantique dans notre premier blogue de la série. Robles a souligné que l’informatique quantique jouerait un rôle clé dans la protection des données. « IBM a développé un algorithme qui protège l'information contre les formes non éthiques de communication quantique. Ces algorithmes sont plus puissants que RSA et ne peuvent pas être attaqués avec des ordinateurs quantiques. »
La cryptographie sécurisée quantique (QSC) vise à assurer la confidentialité des données en offrant des méthodes de chiffrement résistantes aux attaques quantiques. Cela signifie que même si un ordinateur quantique devenait suffisamment puissant pour briser le chiffrement traditionnel, le chiffrement sécurisé quantique protégerait encore les informations sensibles. La QSC répond aussi au besoin d’identification et d’authentification sécurisées des utilisateurs. Elle garantit que seules les personnes ou entités autorisées ont accès à certaines ressources ou informations. Elle vise à préserver l’intégrité des données.
Les données ne peuvent pas être falsifiées ou modifiées par des parties non autorisées sans détection. D’autre part, la non-répudiation garantit que l’expéditeur d’un message ou l’initiateur d’une transaction ne peut nier sa participation. Les techniques cryptographiques sécurisées quantiques peuvent fournir des mécanismes pour prouver l’authenticité des signatures numériques et la non-répudiation des transactions. Robles a déclaré : « La cryptographie sécurisée quantique coche toutes les cases en matière de confidentialité, d’identification, d’intégrité et de non-répudiation. » Les systèmes cryptographiques doivent constamment évoluer parce que le paysage des menaces est dynamique. À mesure que la technologie progresse, y compris le développement potentiel des ordinateurs quantiques, les algorithmes cryptographiques autrefois considérés comme sécurisés peuvent devenir vulnérables.
Les progrès de l’informatique quantique et des technologies de communications sont interdépendants, car ils reposent sur les mêmes propriétés de la physique quantique et partagent du matériel et des techniques de laboratoire communs. Pour cette raison, il n’est pas toujours facile de tracer les frontières entre les technologies. Les avancées dans une technologie quantique dépendent mutuellement des progrès d’une autre. Les qubits en développement seront utiles tant pour l’informatique quantique que pour les applications de communications telles que les calculs, le stockage de mémoire ou la transmission de l’information. Par exemple, dans les futurs ordinateurs quantiques, des qubits à ions piégés pourraient être utilisés pour effectuer des calculs, dont les résultats seraient convertis en qubits photoniques pour être transmis à une autre technologie de qubit utilisée comme mémoire. Chaque technologie de qubits possède ses avantages et ses défis qui peuvent la rendre appropriée à des applications précises en informatique ou communication quantiques.
Synergie technologique quantique : Démystifier la 5G, l’apprentissage automatique et plus encore
Pour que toutes communications s’effectuent en toute sécurité, il doit y avoir un chiffrement entre l’expéditeur et le destinataire. Le cœur de ces systèmes de chiffrement sont les nombres aléatoires, parfois appelés graines cryptographiques. Les ordinateurs quantiques peuvent générer des nombres quantiques réellement aléatoires et impossibles à prévoir. « Pour renforcer la sécurité, il est conseillé d’utiliser des nombres quantiques aléatoires, car cette source de hasard réduirait certainement la prévisibilité, ce qui compliquerait la tâche des pirates voulant pénétrer le système », a dit Abhinav. « Le problème avec les nombres pseudo-aléatoires, c’est qu’ils sont prévisibles, ce qui remet en question l’aspect sécurité, car ils sont produits à l’aide d’un algorithme et ont tendance à être biaisés. » Pour aller plus loin dans le hasard, il faut examiner les éléments photoniques, source avérée d’aléa. Prédire comment se comporteront les photons lorsqu’ils traversent un séparateur est impossible. Cela peut également aider à générer des clés pour la distribution quantique de clés.
Il est intéressant de comprendre l’intersection de la technologie quantique, de la 5G et de l’apprentissage automatique, ainsi que les défis et les opportunités que présente l’apprentissage automatique quantique. La mention de la 5G utilisant des algorithmes quantiques suggère que l’industrie des télécommunications explore les avantages potentiels de l’informatique quantique pour améliorer les capacités des réseaux. Les algorithmes quantiques pourront être utilisés pour divers aspects de la 5G, comme l’optimisation de la performance du réseau, le renforcement de la sécurité et l’amélioration du traitement du signal. « Les algorithmes quantiques ont le potentiel de résoudre des problèmes complexes plus efficacement que les algorithmes classiques, ce qui peut mener à une meilleure efficacité du réseau et à une meilleure gestion des données », a ajouté le Dr Amlan.
Les algorithmes de recherche quantique, tels que l’algorithme de Grover, sont reconnus pour leur capacité à rechercher dans des bases de données non triées ou à effectuer des tâches d’optimisation plus efficacement que leurs homologues classiques. Ils peuvent s’avérer précieux pour optimiser les données au sein des réseaux 5G et aider à localiser les configurations optimales du réseau, à réduire la latence et à améliorer l’utilisation des ressources. Les algorithmes d’apprentissage automatique quantique pourraient surpasser les algorithmes classiques dans certains domaines, mais ils présentent aussi des défis uniques, comme la nécessité de matériel quantique et la correction d’erreurs.
Connecter plusieurs ordinateurs quantiques grâce à des réseaux quantiques illustre le concept d’informatique quantique distribuée. Cette approche consiste à interconnecter des processeurs quantiques pour aborder des problèmes plus complexes et intensifs en calcul. Les réseaux quantiques permettent aux ordinateurs quantiques de collaborer sur des tâches qui pourraient dépasser les capacités d’un seul appareil. Cette approche montre un grand potentiel pour résoudre des problèmes complexes dans divers domaines, dont la cryptographie et l’optimisation. Cependant, il est important de noter que ce secteur est encore en évolution et que des applications pratiques et une adoption à grande échelle pourraient prendre du temps à se concrétiser.
Applications nécessitant les deux technologies quantiques
Informatique quantique aveugle : Le concept sous-jacent à l’informatique quantique aveugle repose sur la reconnaissance du fait que, bien que les ordinateurs quantiques excellent de manière exponentielle dans certaines tâches de calcul comparativement à leurs équivalents classiques, la complexité et le coût élevé de leur matériel les rendent largement inaccessibles au grand public. Plutôt que chaque individu possède son propre ordinateur quantique, l’informatique quantique aveugle propose une solution qui permet aux clients de déléguer leurs tâches de calcul à des serveurs quantiques qui les exécutent à leur place. Il est primordial de garantir que ce calcul quantique s’effectue de façon sécurisée et confidentielle, surtout compte tenu des exigences de sécurité attendues pour de nombreuses applications d’informatique quantique.
Le Dr Amlan a souligné l’importance de l’informatique quantique aveugle, la caractérisant comme une stratégie axée sur l’avancement de la communication quantique au niveau du serveur tout en maintenant des mesures de sécurité rigoureuses. À titre d’exemple, des calculs financiers sont portés dans le domaine quantique tout en préservant le chiffrement des données durant tout le processus de transmission.
- Informatique quantique distribuée : Un ordinateur quantique distribué se compose de plusieurs nœuds d’ordinateurs quantiques, chacun équipé d’un ensemble de qubits pour ses opérations de calcul. Ces ordinateurs quantiques sont interconnectés par un réseau, permettant l’échange, notamment, de bits classiques et de bits quantiques d’information entre eux. Ce qui distingue l’informatique quantique distribuée, c’est la nécessité non seulement de connexions réseau classiques avec d’autres nœuds, mais aussi la présence impérative d’un réseau quantique. Ce réseau quantique répond à la principale difficulté de l’informatique quantique distribuée : exécuter des opérations contrôlées multi-qubits (comme une porte CNOT) entre des qubits géographiquement séparés sur des ordinateurs quantiques différents.
Qu’est-ce que l’avenir nous réserve ?
L’informatique quantique promet une avancée révolutionnaire en puissance de calcul, mais les applications de la mécanique quantique à la communication et à la cryptographie pourraient avoir des résultats tout aussi spectaculaires et des mises en œuvre pratiques pourraient être disponibles bien plus tôt. De plus, la communication quantique est probablement aussi essentielle à l’informatique quantique que le réseautage l’est aux systèmes informatiques d’aujourd’hui. La plupart des observateurs s’attendent à ce que la cryptographie quantique soit la première application pratique des communications et de l’informatique quantiques. Dans le prochain billet de blogue, nous explorerons plus en détail les implications de la technique de cryptographie post-quantique (PQC) de la communication sécurisée quantique sur les normes existantes.
