L'utilité des ordinateurs quantiques est un sujet très débattu, de ceux qui pensent que c'est du charlatanisme à d'autres qui disent que c'est l'avenir de l'informatique. Quoi qu'il en soit, les scientifiques investissent des milliards de dollars de recherche pour prouver des utilisations commerciales, telles qu'un Internet quantique à l'épreuve du piratage. ⁃ Éditeur TN
TLe train rapide Paris-Rotterdam avait une heure de retard au départ de la gare du Nord. Quand il m'a finalement déposé dans la ville néerlandaise, j'ai découvert que le train de correspondance en direction de Delft avait été suspendu en raison de travaux d'entretien des voies. Il a fallu deux trajets en bus et un trajet en taxi pour arriver à destination.
Étant donné que j'étais là pour en apprendre davantage sur l'avenir des communications, cela semblait approprié. Mon voyage m'a rappelé que, même si expédier des personnes d'un endroit à l'autre est toujours semé d'embûches imprévues, des quantités énormes de données circulent sans heurts et rapidement toute la journée, chaque jour à travers les câbles à fibres optiques reliant des villes, des pays et des continents entiers.
Et pourtant, ces réseaux de données ont un point faible: ils peuvent être piratés. Parmi les documents secrets divulgués il y a quelques années par Edward Snowden, un fournisseur de la US National Security Agency, figuraient des documents montrant que les agences de renseignement occidentales avaient réussi à: puiser dans les câbles de communication et espionner les énormes quantités de trafic qui les traverse.
L'institut de recherche que je visitais à Delft, QuTech, travaille sur un système qui pourrait rendre ce type de surveillance impossible. L'idée est d'exploiter la mécanique quantique pour créer un réseau de communication parfaitement sécurisé entre Delft et trois autres villes des Pays-Bas d'ici la fin de 2020 (voir la carte ci-dessous pour les liaisons planifiées).
Les chercheurs de QuTech, dirigés par Stephanie Wehner et Ronald Hanson, font toujours face à un certain nombre de défis techniques de taille. Mais s’ils y parviennent, leur projet pourrait catalyser un futur Internet quantique, à l’instar d’Arpanet, créé par le département américain de la Défense à la fin du 1960, qui a inspiré la création de l’Internet tel que nous le connaissons aujourd’hui.
Qubits inimitables
Internet est vulnérable au type de piratage révélé par Snowden car les données transitent toujours sur des câbles sous forme de bits classiques - un flux d'impulsions électriques ou optiques représentant 1s et 0s. Un pirate informatique qui parvient à exploiter les câbles peut lire et copier ces bits en transit.
Les lois de la physique quantique, par contre, permettent à une particule - par exemple, un atome, un électron ou (pour transmettre le long de câbles optiques) un photon de lumière - d'occuper un état quantique qui représente une combinaison de 1 et 0 simultanément. Une telle particule s'appelle un bit quantique ou qubit. Lorsque vous essayez d'observer un qubit, son état "s'effondre" en 1 or 0. Cela, explique Wehner, signifie que si un pirate informatique exploite un flux de qubits, l'intrus détruit à la fois les informations quantiques contenues dans ce flux et laisse un signal clair qu'il a été falsifié.
En raison de cette propriété, les qubits sont utilisés depuis un certain temps pour générer des clés de chiffrement dans un processus connu sous le nom de distribution de clé quantique (QKD). Cela implique l'envoi de données sous forme classique sur un réseau, tandis que les clés nécessaires pour décrypter les données sont transmises séparément dans un état quantique.
La Chine a démontré des applications impressionnantes de QKD. L'année dernière, il a utilisé un satellite appelé Micius pour transmettre des clés quantiques deux stations au sol, l’une à Beijing et l’autre à Vienne. Les clés ont ensuite été utilisées pour déchiffrer des données classiques pour un appel vidéo sécurisé entre les deux villes. Toute tentative d'interception de la communication contenant les clés les aurait détruites, empêchant les espions (ou quiconque) de décrypter l'appel vidéo. La Chine a également construit un réseau terrestre de communications QKD de Beijing à Shanghai, que les banques et d’autres sociétés utilisent pour transmettre des données commerciales sensibles.
Cependant, l'approche a des limites. Les photons peuvent être absorbés dans l'atmosphère ou par des matériaux contenus dans des câbles, ce qui signifie qu'ils ne peuvent généralement parcourir que quelques dizaines de kilomètres. Le réseau Beijing-Shanghai résout ce problème en disposant de ce qu'on appelle des «nœuds de confiance» 32 à différents endroits le long de celui-ci, ce qui est similaire aux répéteurs qui amplifient le signal dans un câble de données ordinaire. Au niveau de ces nœuds, les clés sont déchiffrées sous une forme classique, puis à nouveau chiffrées dans un nouvel état quantique pour leur trajet vers le prochain point de cheminement. Mais cela signifie que les nœuds de confiance ne devraient vraiment pas l'être. Un pirate informatique qui enfreint sa sécurité pourrait copier les clés classiques sans être détecté, de même qu'une entreprise ou un gouvernement exécutant les nœuds.
Téléportation quantique
Wehner, Hanson et leurs collègues de QuTech souhaitent surmonter ces limitations pour créer un Internet quantique totalement sécurisé.
L'approche qu'ils utilisent s'appelle la téléportation quantique. Cela peut ressembler à de la science-fiction, mais c'est une véritable méthode de transmission de données. Il repose sur un phénomène connu sous le nom d'intrication quantique.
Enchevêtrement signifie créer une paire de qubits - des photons de lumière, à cet effet - dans un seul état quantique, de sorte que même s'ils se déplacent dans des directions opposées, ils conservent une connexion quantique. Changer l'état d'un photon changera instantanément l'état de l'autre d'une manière prévisible, quelle que soit leur distance. Albert Einstein a appelé cette "action fantasmagorique à distance".
La téléportation quantique nécessite donc d’abord d’envoyer une paire de photons enchevêtrés à deux personnes - appelez-les Alice et Bob. Alice reçoit son photon enchevêtré et le laisse interagir avec un «qubit de mémoire» contenant les données qu'elle souhaite transmettre à Bob. Cette interaction modifie l'état de son photon, et donc également celui du photon de Bob. En réalité, cela «téléporte» les données dans le qubit de mémoire d'Alice, du photon d'Alice à celui de Bob. L'illustration ci-dessous décrit le processus de manière un peu plus détaillée.
Une autre façon de penser: la paire de photons intriqués est comme les deux extrémités d'un câble de données virtuel à usage unique. Chaque fois qu'Alice et Bob veulent envoyer des données, ils reçoivent d'abord un nouveau câble, et comme chacun d'eux détient une extrémité, ils seuls peuvent l'utiliser. C'est ce qui le protège des écoutes clandestines.
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