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Qu'est-ce que l’informatique quantique ? Tour d’horizon

Qu'est-ce que l’informatique quantique ? Tour d’horizon

À lire les titres de la presse technologique, on serait tenté de croire que nous nous trouvons à la veille de l'informatique quantique et que l'heure des algorithmes sécurisés de chiffrement à clé publique a déjà sonné. Ce n'est pas tout à fait exact, ou du moins, nous n’en sommes pas exactement là.

L’informatique quantique a certes beaucoup progressé ces dernières années et ses applications alimentent de nombreuses spéculations. La discipline pourrait même permettre d’éviter la prochaine pandémie. Mais pour revenir à son principal impact sur nos vies – à savoir, sur la cybersécurité –, il faudra encore patienter quelques années avant de voir apparaître de véritables fonctionnalités quantiques. D’ailleurs, les méthodes quantiques étaient absentes des cyberattaques majeures survenues en 2019

Dans cet article, nous tenterons d'examiner objectivement les capacités de l'informatique quantique, loin de l’emballement médiatique autour de cette technologie.

Qu'est-ce que l’informatique quantique ?

Tout d'abord, pour comprendre ses potentielles répercussions, il faut comprendre ce dont il s’agit. À la base de tous les modèles d'informatique quantique figure l’idée que des particules individuelles, comme des électrons et des photons, peuvent se trouver dans plusieurs états à la fois.

Les ordinateurs traditionnels – c'est-à-dire tous ceux utilisés aujourd’hui – sont des ordinateurs binaires qui stockent des informations sous forme de séries de 1 et de 0, et sont, de ce fait, intrinsèquement limités. La puissance des ordinateurs quantiques coifferait au poteau les machines classiques, car même un ordinateur quantique de 5 bits peut être dans 2^5 « états » différents à la fois. Cette nouvelle réalité informatique est exprimée par le terme « qubit » qui correspond au « bit quantique », l'unité d’information de base d’un ordinateur quantique. 

Ces machines extrêmement performantes résolvent avec brio les problèmes dits « d'optimisation ». Dans ce cadre, l’utilisation d’un ordinateur vise à trouver la meilleure solution possible parmi un grand nombre d'options. 

Le problème du postier ou du postier chinois est un classique du genre. Il s’agit de trouver dans un graphe complexe un chemin qui passe par tous les points. La version originale ou ses variantes peuvent être transposées à bien des problèmes actuels. Capables de modéliser plusieurs solutions possibles à la fois, les ordinateurs quantiques affichent des vitesses de calcul nettement supérieures aux machines classiques pour résoudre ce type de problèmes.

C’est notamment le cas pour la simulation des compositions chimiques possibles entre différents composés, du fait des structures complexes qui mettent en œuvre diverses combinaisons de répulsion et d'attraction des électrons. Des entreprises comme Biogen essaient, en collaboration avec Accenture Labs et 1QBit, d'appliquer des modèles quantiques à ce genre de problèmes. 

Informatique quantique : quel impact sur le chiffrement ?

Le chiffrement que nous utilisons pour sécuriser nos données en ligne repose justement sur un problème d'optimisation comme évoqué plus haut. Sans plonger dans les arcanes des mathématiques, rappelons que de nombreux protocoles de chiffrement couramment utilisés (comme le RSA) tablent sur le fait que les ordinateurs classiques sont incapables de factoriser rapidement les grands nombres. C’est là que l’informatique quantique pourrait avoir une incidence considérable.

Un ordinateur quantique peut factoriser les grands nombres beaucoup plus rapidement qu'une machine classique. Il pourrait de ce fait percer ces protocoles de chiffrement en un temps record. Si l’on parvenait à construire un ordinateur quantique suffisamment puissant, il faudrait, par exemple, une nouvelle norme de chiffrement du courrier électronique.

Comme le dit Ronald De Temmerman de GlobalSign dans son article publié dans Le Journal du Net :

« L’informatique quantique n’en est encore qu’à ses balbutiements. Une fois qu’elle sera viable, ce sera un bouleversement majeur pour nos solutions de sécurité modernes. Mais le plus important dans cette phrase, c’est “une fois qu’elle sera viable” ».

Quelle puissance devrait avoir un ordinateur quantique pour y parvenir ? Les estimations varient, mais la plupart des chercheurs situent ce point à environ 50 qubits. Pour désigner ce seuil à partir duquel un ordinateur peut surpasser un ordinateur classique, on parle de « suprématie quantique ».

Où en sommes-nous ?

À quel stade en sommes-nous et sommes-nous proches du point de suprématie quantique ? La réponse diffèrera selon la personne à qui l’on s’adresse. Fin 2019, Google a annoncé avoir atteint cet objectif dans un article de recherche paru dans la revue Nature. L’entreprise indiquait que son processeur Sycamore de 54 qubits pouvait effectuer en 200 secondes un calcul que le superordinateur le plus puissant du monde aurait pris 10 000 années à réaliser. 

Plusieurs analystes ont cependant mis en doute cette affirmation. Peu après la parution de l’article de recherche, IBM a publié sur son blog un article dans lequel il déclarait qu’un ordinateur classique n’aurait en fait besoin que de 2,5 jours pour effectuer le calcul réalisé par l'ordinateur quantique de Google, étant donné l'espace disque désormais disponible pour les supercalculateurs.

De plus, même si l’ordinateur construit par Google a atteint la suprématie quantique, il n’est pas près d’être généralisé. Actuellement, l’utilisation d’un ordinateur quantique est extrêmement compliquée pour le commun des mortels et reste dédiée aux calculs très pointus des chercheurs. Ces ordinateurs sont par ailleurs extrêmement coûteux : la société canadienne d'informatique quantique D-Wave Systems Inc. commercialise un ordinateur quantique de 2 000 qubits au prix de 15 millions de dollars.

L'informatique quantique va-t-elle changer le monde ?

Pour l’heure, les difficultés d'utilisation des ordinateurs quantiques et la puissance limitée de la plupart des modèles les cantonnent à des applications très restreintes. Si l'informatique quantique n’est pas condamnée à un usage confidentiel, il devrait toutefois s’écouler encore plusieurs années avant que son usage soit effectivement généralisé. <

Si l’on parvient à exploiter l’informatique quantique, les répercussions pourraient être gigantesques. Sa capacité à effectuer des tâches de calcul actuellement impossibles pourrait enfin nous permettre de développer des IA vraiment intelligentes ou d'analyser la structure de notre monde à un niveau de détails sans commune mesure. Il est fort probable que de telles capacités engendreront à leur tour des changements sociaux, technologiques et économiques massifs. Selon les spéculations de certains analystes, le bouleversement qu’introduirait l'informatique quantique dans nos vies serait comparable à celui de la révolution industrielle.

Mais alors, l'informatique quantique va-t-elle changer le monde ? Oui. Probablement. Quand cela se produira-t-il ? Cela reste à déterminer.

Remarque : ce billet de blog a été écrit par un rédacteur externe afin de varier les contenus proposés à nos lecteurs. Les opinions exprimées par l'auteur de cet article sont exclusivement les siennes et ne reflètent pas nécessairement les opinions de GlobalSign.

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