![\"Quantum](\"https:\/\/cifar.ca\/wp-content\/uploads\/2020\/01\/reach2017_quantum_cipher.png\" "\\"Reach2017_Quantum_cipher\\"")
<\/p>\nComment prot\u00e9ger les dossiers alors qu\u2019ils sautent d\u2019un ordinateur \u00e0 l\u2019autre, et d\u2019un pays \u00e0 l\u2019autre? Depuis des ann\u00e9es, nous nous en remettons aux syst\u00e8mes de chiffrement qui ont recours \u00e0 des probl\u00e8mes math\u00e9matiques si difficiles que m\u00eame un superordinateur est incapable de les r\u00e9soudre sans avoir la cl\u00e9. Toutefois, cette m\u00e9thode \u00e9prouv\u00e9e pourrait sous peu tomber dans l\u2019obsolescence \u00e0 cause des ordinateurs quantiques.<\/p>\n
\u00ab\u00a0Il nous faut un cyber syst\u00e8me immunitaire plus puissant\u00a0\u00bb, dit Michele Mosca, car nos syst\u00e8mes actuels ont atteint \u00ab\u00a0un niveau sans pr\u00e9c\u00e9dent de vuln\u00e9rabilit\u00e9\u00a0\u00bb. Mosca, Boursier principal au sein du programme Informatique quantique de l\u2019ICRA et cofondateur de l\u2019Institut d\u2019informatique quantique (IIQ) \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de Waterloo, est investi d\u2019une mission\u00a0: sensibiliser les gens \u00e0 cette cyber vuln\u00e9rabilit\u00e9 avant qu\u2019il ne soit trop tard.<\/p>\n
La cryptographie \u2013 le codage et le d\u00e9codage de l\u2019information secr\u00e8te \u2013 est \u00e9videmment ant\u00e9rieure \u00e0 l\u2019arriv\u00e9e des ordinateurs. Le chiffrement par substitution, o\u00f9 une lettre est remplac\u00e9e par une autre en fonction d\u2019une r\u00e8gle \u00e9tablie, est utilis\u00e9 depuis l\u2019Antiquit\u00e9. En voici un exemple\u00a0: ATTAQUE \u00c0 L\u2019AUBE devient CVVCSWG C NCWDG si chaque lettre se d\u00e9place de deux espaces vers la droite dans l\u2019alphabet. (On pr\u00e9tend que Jules C\u00e9sar utilisait un tel code dans sa correspondance personnelle.) Dans l\u2019exemple ci-dessus, il ne faut qu\u2019une minute ou deux pour encoder \u00e0 la main un court message; mais pour le d\u00e9coder, la patience est de mise, car il faut essayer diverses substitutions possibles. Le d\u00e9codage, par sa nature m\u00eame, est la partie difficile. Voil\u00e0 sur quoi nous misons.<\/p>\n
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Les premiers cryptologues utilisaient des \u00ab\u00a0cadrants chiffrants\u00a0\u00bb pour d\u00e9chiffrer des codes de substitution simples. Les ordinateurs quantiques pourraient rendre le chiffrement moderne tout aussi mal prot\u00e9g\u00e9.<\/p>\n
Aujourd\u2019hui les techniques de chiffrement les plus r\u00e9pandues sont de nature math\u00e9matique. Une technique courante exploite le simple fait qu\u2019il est beaucoup plus facile de multiplier deux grands chiffres que de prendre le r\u00e9sultat et de travailler \u00e0 rebours. \u00c0 l\u2019aide d\u2019une calculatrice de poche, ou d\u2019un stylo, vous pouvez trouver que 1307 X 2153 = 2\u00a0813\u00a0971. Mais en partant du chiffre 2\u00a0813\u00a0971, vous auriez de la difficult\u00e9 \u00e0 trouver ses diviseurs (lesquels, dans ce cas-ci, sont des chiffres premiers, donc les seules solutions possibles). \u00c9videmment, vous pouvez programmer un ordinateur pour trouver la r\u00e9ponse. Mais si le chiffre que vous voulez factoriser est suffisamment grand, m\u00eame cela devient pratiquement impossible.<\/p>\n
\u00ab\u00a0\u00c7a peut prendre litt\u00e9ralement une \u00e9ternit\u00e9 pour trouver les facteurs premiers d\u2019un nombre compos\u00e9 de 1000\u00a0chiffres\u00a0\u00bb, dit Mosca.<\/p>\n
Depuis maintenant des d\u00e9cennies, nous nous en remettons \u00e0 ce type de chiffrement pour garantir la s\u00e9curit\u00e9 d\u2019information sensible, m\u00eame quand on ne s\u2019en rend pas compte. Votre fureteur web le fait chaque fois que vous \u00e9tablissez une connexion prot\u00e9g\u00e9e avec votre banque, que vous achetez quelque chose sur Amazon ou que vous faites une recherche sur Google. Nous tentons de tout prot\u00e9ger avec ce chiffrement \u2013 des transactions de cartes de cr\u00e9dit, \u00e0 la propri\u00e9t\u00e9 intellectuelle, aux secrets gouvernementaux. Et tout cela pourrait tomber entre de mauvaises mains si les codes se font pirater.<\/p>\n
Entre alors l\u2019ordinateur quantique. Les chercheurs dans le monde entier tentent d\u2019appliquer les principes de la m\u00e9canique quantique pour fabriquer des ordinateurs qui feront des choses que les ordinateurs actuels sont absolument incapables de faire. Malheureusement pour la s\u00e9curit\u00e9 \u00e9lectronique, l\u2019une des choses que les ordinateurs quantiques arriveront peut-\u00eatre \u00e0 faire est de factoriser de grands nombres presque instantan\u00e9ment.<\/p>\n
Dans un ordinateur classique, l\u2019unit\u00e9 fondamentale d\u2019information (un bit) peut \u00eatre activ\u00e9e ou d\u00e9sactiv\u00e9e, ou bien z\u00e9ro ou un. Mais un bit quantique, appel\u00e9 qubit, peut se trouver dans une \u00ab\u00a0superposition\u00a0\u00bb de deux \u00e9tats \u00e0 la fois \u2013 z\u00e9ro et un en m\u00eame temps. (Voir la figure \u00e0 la page suivante.) Cons\u00e9quemment, la puissance d\u2019un ordinateur quantique pourrait augmenter exponentiellement en fonction du nombre de qubits\u00a0: deux qubits r\u00e9aliseraient quatre calculs en m\u00eame temps; trois qubits, huit; quatre qubits, seize \u2013 et ainsi de suite. Cela permettrait aux ordinateurs quantiques d\u2019\u00eatre consid\u00e9rablement plus efficaces \u00e0 certaines t\u00e2ches que les ordinateurs classiques.<\/p>\n
\u00ab\u00a0Ils pourraient r\u00e9soudre tr\u00e8s rapidement certains probl\u00e8mes qu\u2019un ordinateur classique ne pourrait r\u00e9soudre qu\u2019apr\u00e8s beaucoup de travail et \u00e0 l\u2019aide des meilleurs algorithmes connus\u00a0\u00bb, dit Mosca. Mais il ajoute qu\u2019un ordinateur quantique fonctionnel ne serait pas la solution miracle apte \u00e0 r\u00e9soudre n\u2019importe quel probl\u00e8me math\u00e9matique jamais con\u00e7u. \u00ab\u00a0Pour la plupart des t\u00e2ches, la vitesse de r\u00e9solution serait la m\u00eame. Mais pour certaines t\u00e2ches tr\u00e8s importantes\u00a0\u00bb \u2014 comme la factorisation de grands nombres \u2014, \u00ab\u00a0la vitesse de r\u00e9solution augmenterait de fa\u00e7on astronomique.\u00a0\u00bb<\/p>\n
Les algorithmes n\u00e9cessaires \u00e0 la r\u00e9solution de tels probl\u00e8mes par un ordinateur quantique existent d\u00e9j\u00e0. \u00ab\u00a0L\u2019algorithme de Shor\u00a0\u00bb, l\u2019un des premiers, a \u00e9t\u00e9 mis au point en 1994 par le math\u00e9maticien am\u00e9ricain, Peter Shor. \u00c0 l\u2019aide de cet algorithme, un ordinateur quantique prendrait environ une seconde pour factoriser un nombre qu\u2019un ordinateur classique prendrait des milliards d\u2019ann\u00e9es \u00e0 factoriser. (Le temps requis serait sensiblement proportionnel \u00e0 N3, o\u00f9 N est le nombre de bits dans le nombre \u00e0 factoriser; alors que le temps requis par un ordinateur classique serait proportionnel \u00e0 2N. Au fil de l\u2019augmentation de N, 2N devient astronomiquement plus grand que N3, et l\u2019\u00ab\u00a0avantage quantique\u00a0\u00bb devient \u00e9norme.)<\/p>\n
Sommes-nous loin de l\u2019ordinateur quantique enti\u00e8rement fonctionnel? Il reste encore de grands d\u00e9fis \u00e0 affronter. D\u2019abord, il faut stabiliser les qubits \u2013 il faut les isoler de leur environnement imm\u00e9diat afin qu\u2019ils puissent maintenir leurs superpositions pendant plus d\u2019une fraction de seconde. Ensuite, ils doivent interagir avec d\u2019autres qubits de fa\u00e7on contr\u00f4l\u00e9e. Et il y a aussi la correction d\u2019erreurs. Chaque fois qu\u2019un bit est trait\u00e9, il y a risque d\u2019erreur.<\/p>\n
En informatique classique, la correction d\u2019erreur se fait par l\u2019entremise de la redondance \u2013 par exemple, en encodant un 0 comme 000, si un bit devient accidentellement un 1, les deux autres bits afficheront encore la bonne valeur. Dans le cas des ordinateurs quantiques, la correction d\u2019erreurs est plus difficile. Pour dupliquer un qubit, il faudrait d\u2019abord le mesurer, mais cela entra\u00eenerait son effondrement en une seule valeur et annulerait les avantages conf\u00e9r\u00e9s par les qubits. Cons\u00e9quemment, les scientifiques ont d\u00fb trouver d\u2019autres fa\u00e7ons de faire. Par exemple, une des m\u00e9thodes \u00ab\u00a0r\u00e9partit\u00a0\u00bb l\u2019information d\u2019un qubit logique dans neuf qubits physiques, permettant la prise discr\u00e8te de mesures aptes \u00e0 d\u00e9tecter une erreur sans perturber la valeur entrepos\u00e9e. \u00c0 l\u2019aide de ces techniques et d\u2019autres, ing\u00e9nieurs et scientifiques \u00e0 l\u2019IIQ, ainsi qu\u2019\u00e0 d\u2019autres laboratoires, r\u00e9alisent des perc\u00e9es et apprivoisent graduellement le probl\u00e8me des erreurs de qubits.<\/p>\n
Selon Mosca, nous nous rapprochons d\u2019un ordinateur quantique fonctionnel. Cet hiver, lors d\u2019un entretien \u00e0 son bureau \u00e0 l\u2019IIQ, il a expos\u00e9 les sept \u00e9tapes \u00e0 suivre. La premi\u00e8re \u00e9tape est simplement l\u2019encodage des qubits; la deuxi\u00e8me \u00e9tape est d\u2019inciter de multiples qubits \u00e0 interagir; la troisi\u00e8me \u00e9tape est la prise en charge efficace de la correction d\u2019erreurs. Quatri\u00e8mement\u00a0: abaisser le taux d\u2019erreur suffisamment pour que le syst\u00e8me fonctionne comme un \u00ab\u00a0bit logique\u00a0\u00bb, l\u2019\u00e9quivalent d\u2019un tube \u00e0 vide dans nos premiers ordinateurs. Ensuite, il faut r\u00e9ussir \u00e0 obtenir deux de ces qubits. Apr\u00e8s cela\u00a0: r\u00e9ussir \u00e0 en avoir beaucoup. Finalement, \u00e0 la septi\u00e8me \u00e9tape, on se retrouve avec un v\u00e9ritable ordinateur quantique tol\u00e9rant aux fautes.<\/p>\n
![\"Bloc](\"https:\/\/cifar.ca\/wp-content\/uploads\/2020\/01\/reach2017_quantum_blocsphere.png\" "\\"Reach2017_Quantum_blocsphere\\"")
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La sph\u00e8re de Bloch illustre comment un qubit peut se trouver dans une superposition d\u2019\u00e9tats, soit 0 et 1.<\/p>\n
\u00ab\u00a0Je crois que nous sommes tr\u00e8s pr\u00e8s de l\u2019\u00e9tape quatre\u00a0\u00bb, dit Mosca. \u00ab\u00a0Mais les gens anticipent d\u00e9j\u00e0 les \u00e9tapes cinq, six et sept \u2014 qui comporteront de nombreux d\u00e9fis techniques.\u00a0\u00bb<\/p>\n
Il y a de nombreuses raisons d\u2019\u00eatre emball\u00e9 par l\u2019arriv\u00e9e des ordinateurs quantiques. Les probl\u00e8mes qu\u2019ils pourront au mieux r\u00e9soudre \u2013 jongler avec un nombre immense de combinaisons, \u00e0 la recherche de certains motifs \u2013 feront d\u2019eux les outils id\u00e9aux pour concevoir des mat\u00e9riaux, des b\u00e2timents et m\u00eame la structure mol\u00e9culaire de m\u00e9dicaments. Mais, comme il a \u00e9t\u00e9 not\u00e9 pr\u00e9c\u00e9demment, ils jouissent aussi de la puissance n\u00e9cessaire pour d\u00e9chiffrer les codes \u2014 y compris le chiffrement \u00e0 cl\u00e9 publique utilis\u00e9 aujourd\u2019hui pour prot\u00e9ger une multitude de choses, des transactions par carte de cr\u00e9dit aux secrets gouvernementaux.<\/p>\n
Mosca estime qu\u2019il y a une chance sur sept que certains des grands outils cryptographiques \u00e0 cl\u00e9 publique dont nous nous servons aujourd\u2019hui seront d\u00e9chiffr\u00e9s d\u2019ici 2026. Et le risque monte \u00e0 50\u00a0pour cent d\u2019ici 2031. Selon lui, il faut aller plus loin que les techniques qui sous-tendent les outils de chiffrement actuels, comme la factorisation de grands nombres. Il ne croit pas que l\u2019informatique quantique va an\u00e9antir la cryptographie \u00e0 cl\u00e9 publique, mais cela va nous obliger \u00e0 trouver des techniques d\u2019encodage plus sophistiqu\u00e9es. \u00ab\u00a0Nous croyons que c\u2019est possible. Il faut simplement trouver le bon type de probl\u00e8mes math\u00e9matiques.\u00a0\u00bb<\/p>\n
\u00ab\u00a0Il y a un petit groupe de probl\u00e8mes math\u00e9matiques qui semble dot\u00e9 des propri\u00e9t\u00e9s n\u00e9cessaires pour r\u00e9sister \u00e0 une attaque quantique. D\u2019un c\u00f4t\u00e9, ces probl\u00e8mes sont difficiles, d\u2019un autre, ils sont faciles, si vous avez la cl\u00e9 priv\u00e9e.\u00a0\u00bb<\/p>\n
Les probl\u00e8mes de r\u00e9seau, par exemple, constituent une cat\u00e9gorie de probl\u00e8mes d\u2019optimisation qui comporte des chemins entre des points dans un tableau r\u00e9gulier. Tout comme la factorisation, ce type de probl\u00e8mes est facile \u00e0 faire d\u2019une fa\u00e7on et tr\u00e8s difficile d\u2019une autre. (Voir l\u2019illustration \u00e0 la page suivante.) Ces recherches ne font que commencer. Tr\u00e8s peu d\u2019\u00e9tudes ont vis\u00e9 \u00e0 d\u00e9terminer quelles \u00e9taient les techniques les plus r\u00e9sistantes \u00e0 l\u2019attaque quantique. Peu importe le syst\u00e8me qui sera mis au point, il devra \u00eatre \u00ab\u00a0mis \u00e0 l\u2019essai au combat\u00a0\u00bb, dit Mosca. \u00c0 cette fin, Mosca et Douglas Stebila, professeur adjoint de cryptographie \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 McMaster, ont lanc\u00e9 un projet de logiciel ouvert appel\u00e9 Open Quantum Safe, dont l\u2019objectif est la mise au point de prototypes de cryptographie r\u00e9sistante aux attaques quantiques.<\/p>\n
La m\u00e9canique quantique a men\u00e9 \u00e0 ce probl\u00e8me et sera peut-\u00eatre maintenant la source d\u2019une solution. Une m\u00e9thode appel\u00e9e distribution quantique de cl\u00e9s, par exemple, aurait recours \u00e0 la m\u00e9canique quantique pour permettre \u00e0 deux personnes de produire une cl\u00e9 secr\u00e8te, mais sur des r\u00e9seaux publics. Cette m\u00e9thode aurait pour fondement une propri\u00e9t\u00e9 quantique appel\u00e9e intrication o\u00f9, comme deux particules sont intriqu\u00e9es, la mesure de l\u2019une r\u00e9v\u00e8le la mesure de l\u2019autre.<\/p>\n
Plus simplement, voici comment \u00e7a fonctionne\u00a0: Vous \u00e9changez des particules intriqu\u00e9es avec la personne avec laquelle vous voulez communiquer et mesurez les particules que vous recevez suffisamment de fois pour cr\u00e9er une cl\u00e9 solide. Si une tierce partie tente d\u2019intercepter la communication pendant ce processus, vous d\u00e9tecterez une perturbation dans vos mesures. Vous continuerez \u00e0 essayer jusqu\u2019\u00e0 la production d\u2019une cl\u00e9 s\u00e9curitaire, soit jusqu\u2019\u00e0 ce que vous ayez la certitude que personne d\u2019autre n\u2019en a une copie.<\/p>\n
![](\"https:\/\/cifar.ca\/wp-content\/uploads\/2020\/01\/reach2017_quantum_quantumkey1.png\" "\\"Reach")
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\u00c0 l\u2019aide de la distribution quantique de cl\u00e9s, Alice et Bob \u00e9tablissent d\u2019abord une cl\u00e9 priv\u00e9e \u00e0 l\u2019aide d\u2019un canal quantique prot\u00e9g\u00e9 et utilisent ensuite cette cl\u00e9 pour chiffrer leur communication sur un canal publique. Si \u00c8ve tente d\u2019intercepter la communication sur le canal quantique, Bob et Alice le sauront gr\u00e2ce aux lois de la physique quantique.<\/p>\n
Les boursiers de l\u2019ICRA ont r\u00e9alis\u00e9 des contributions importantes dans ce domaine. En 1984, Gilles Brassard, Boursier principal, et Charles Bennett, conseiller, ont mis au point le tout premier protocole de distribution quantique de cl\u00e9s. Plus r\u00e9cemment, Thomas Jennewein, Boursier de l\u2019ICRA, a essay\u00e9 d\u2019envoyer des paires intriqu\u00e9es sur de longues distances par voie a\u00e9rienne et par c\u00e2bles optiques. Il esp\u00e8re sous peu en produire \u00e0 partir d\u2019un satellite en orbite. Et une \u00e9quipe dirig\u00e9e par Wolfgang Tittel (Universit\u00e9 de Calgary), Boursier principal, a r\u00e9ussi \u00e0 \u00ab\u00a0t\u00e9l\u00e9porter\u00a0\u00bb l\u2019\u00e9tat quantique d\u2019un photon sur une distance de six kilom\u00e8tres \u00e0 travers le r\u00e9seau municipal de fibre optique de Calgary, une r\u00e9alisation qui pourrait mener \u00e0 des r\u00e9seaux de communications o\u00f9 l\u2019interception est impossible.<\/p>\n
M\u00eame si nos syst\u00e8mes de chiffrement deviennent rapidement vuln\u00e9rables, il y a des occasions \u00e0 saisir, dit Mosca \u2013 si on comprend la nature du danger. Depuis des ann\u00e9es, il s\u2019entretient avec des dirigeants d\u2019entreprises et de gouvernements pour les avertir de la menace qui p\u00e8se sur eux. Un indice montre que le message est peut-\u00eatre pass\u00e9\u00a0: l\u2019an dernier, aux \u00c9tats-Unis, la National Security Agency (NSA) a annonc\u00e9 un plan destin\u00e9 \u00e0 remanier ses syst\u00e8mes de chiffrement pour se prot\u00e9ger des cyberattaques de haut niveau. Cette annonce publique par la NSA, une entit\u00e9 habituellement opaque, d\u00e9montre qu\u2019elle a reconnu l\u2019existence d\u2019une grave menace, dit Mosca. \u00ab\u00a0Ils ont clairement dit qu\u2019ils exigeraient dans un proche avenir des algorithmes r\u00e9sistants aux attaques quantiques. Il s\u2019agissait l\u00e0 d\u2019un grand rappel \u00e0 l\u2019ordre pour bien des gens.\u00a0\u00bb<\/p>\n
![\"Quantum](\"https:\/\/cifar.ca\/wp-content\/uploads\/2020\/01\/reach2017_quantumlattice.png\" "\\"Reach2017_Quantumlattice\\"")
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Le probl\u00e8me du plus court vecteur est un exemple de probl\u00e8mes faciles \u00e0 faire d\u2019une fa\u00e7on, mais difficiles d\u2019une autre. Dans ce probl\u00e8me, vous \u00eates en pr\u00e9sence de lignes ou de vecteurs (v1 et v2), d\u2019un point \u00e0 deux autres points, dans un r\u00e9seau. La difficult\u00e9 est de trouver le plus court vecteur non nul dans le r\u00e9seau \u2013 c\u2019est-\u00e0-dire, la ligne qui lie le point de d\u00e9part \u00e0 son plus proche voisin \u2013 exprim\u00e9 en termes des deux vecteurs qu\u2019on vous a donn\u00e9s. Bien que ce probl\u00e8me semble simple dans l\u2019illustration, comme la factorisation de grands nombres, il s\u2019agit d\u2019un calcul qui devient rapidement difficile.<\/p>\n
\u00ab\u00a0\u00c9videmment, nous tenons ces propos depuis des ann\u00e9es. Et je crois que cela a stimul\u00e9 certaines organisations, particuli\u00e8rement aux \u00c9tats-Unis, \u00e0 formuler un plan.\u00a0\u00bb Bien s\u00fbr, la cybers\u00e9curit\u00e9 n\u2019est pas bon march\u00e9. La lutte contre les attaques que permettrait un ordinateur quantique n\u00e9cessitera des investissements consid\u00e9rables. Toutefois, comme le souligne Mosca, ne pas agir comporte ses propres co\u00fbts et ceux-ci pourraient \u00eatre \u00e9normes. Selon lui, une cyberattaque pourrait avoir un effet v\u00e9ritablement d\u00e9vastateur. \u00ab\u00a0Tout pourrait \u00eatre \u00e9branl\u00e9, des institutions d\u00e9mocratiques \u00e0 l\u2019\u00e9conomie par la fuite de milliards de dollars de votre pays.\u00a0\u00bb<\/p>\n
Quand Mosca rencontre des dirigeants des gouvernements et des entreprises, il explique que les investissements pour pr\u00e9venir des attaques futures seront consid\u00e9rables, mais n\u00e9cessaires. Il esp\u00e8re que les gens comprendront le message bient\u00f4t.<\/p>\n
(Photo: Markian Lozowchuk)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
La capacit\u00e9 d’envoyer des gigaoctets de donn\u00e9es partout sur la plan\u00e8te en un clin d\u2019\u0153il a transform\u00e9 notre monde. Mais cela comporte de grands risques. […]<\/p>\n","protected":false},"author":65,"featured_media":15544,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[1851,4172],"tags":[4398,1878,4639],"class_list":["post-21357","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-revue-reach","category-revue-reach-2017","tag-calcul-quantique","tag-linformatique-quantique","tag-reach-fr"],"acf":[],"yoast_head":"\n