L'informatique quantique utilise la mécanique quantique pour effectuer certains calculs beaucoup plus rapidement que les ordinateurs traditionnels.
Cet article s'articule autour des points suivants :
Contenu associé
Qu'est-ce que le chiffrement ?
Chiffrement par lampe à lave
Chiffrement asymétrique
Qu'est-ce que le TLS ?
Comment fonctionne le SSL ?
Abonnez-vous à theNET, le récapitulatif mensuel de Cloudflare des idées les plus populaires concernant Internet !
Copier le lien de l'article
Un ordinateur quantique utilise les propriétés de la mécanique quantique pour effectuer des calculs. Les ordinateurs quantiques sont beaucoup plus rapides pour certains types de calculs que les ordinateurs classiques (c'est-à-dire tout dispositif informatique largement utilisé aujourd'hui, comme les smartphones, les serveurs et les ordinateurs de bureau). Plus important encore, l'informatique quantique pourrait être en mesure de résoudre certains problèmes mathématiques extrêmement difficiles que l'informatique classique ne peut absolument pas résoudre efficacement, ce qui mettrait en péril les méthodes actuelles de chiffrement et exposerait les données sensibles.
Imaginez trouver un chapitre dans un livre en tournant page par page jusqu'à ce que vous arriviez à l'endroit souhaité. Imaginez maintenant qu'au lieu de cela, vous consultiez d'abord la table des matières et que vous arriviez presque instantanément au bon chapitre. L'informatique quantique s'apparente davantage à l'expérience de l'utilisation d'une table des matières : elle examine rapidement et simultanément toutes les solutions possibles à un calcul, au lieu d'essayer différentes solutions jusqu'à ce que l'on arrive à la bonne.
Techniquement, un ordinateur classique peut effectuer n'importe quel calcul qu'un ordinateur quantique peut faire, à condition de disposer de suffisamment de temps. Mais un ordinateur classique peut avoir besoin de siècles ou de millénaires pour résoudre un problème qu'un ordinateur quantique pourrait théoriquement résoudre en quelques minutes.
En pratique, les chercheurs n'ont produit qu'une poignée de cas où un ordinateur quantique a résolu un problème plus rapidement qu'un ordinateur classique. Les ordinateurs quantiques sont difficiles à construire et instables une fois construits. Mais si les défis de la construction d'ordinateurs quantiques sont résolus, l'informatique quantique pourrait transformer définitivement la technologie.
Un ordinateur classique stocke les informations dans une série de bits. Un bit est la plus petite unité d'information possible ; sa valeur est soit 0, soit 1.
Un ordinateur quantique stocke les informations en qubits plutôt qu'en bits. Un qubit peut avoir une valeur de 0, 1 ou un mélange de ces deux états (le terme technique pour un tel mélange est « superposition »). En fait, la valeur d'un qubit est incertaine - contrairement à un bit classique, dont on sait toujours qu'il vaut 0 ou 1. La valeur d'un qubit reste indéterminée jusqu'à ce que quelqu'un l'observe.
Par conséquent, un ordinateur quantique peut contenir plusieurs états, ou versions, d'informations à la fois. Cela lui permet de traiter les solutions aux calculs à une vitesse exponentielle par rapport à un ordinateur ordinaire - tout comme une équipe de personnes effectuant plusieurs tâches simultanément achèvera un projet plus rapidement qu'une personne effectuant toutes les tâches seule.
Imaginez un segment d'information comme un globe terrestre. Un bit peut se situer soit au pôle nord, soit au pôle sud du globe. Un qubit peut se trouver n'importe où sur la surface du globe, ce qui augmente considérablement les possibilités informationnelles qu'il peut contenir.
Sur le plan mécanique, bien sûr, les bits et les qubits ne sont pas vraiment des globes. Un bit est une minuscule section d'un ordinateur qui contient une charge électrique (1) ou ne contient pas de charge électrique (0). Un qubit est la position incertaine et instable d'un électron dans un atome.
À ce jour, très peu d'ordinateurs quantiques ont été construits. Ceux qui ont été construits sont petits, instables et inutilisables en dehors des conditions de laboratoire.
En effet, l'informatique quantique est confrontée à quelques défis majeurs :
Les Qubits sont fragiles. Le bruit, les vibrations, les changements de température et les ondes électromagnétiques peuvent tous inhiber ou détruire l'état interne d'un qubit. Pour fonctionner correctement, les ordinateurs quantiques doivent se trouver dans des environnements hautement contrôlés, dépourvus de ces types d'interférences et d'autres. De tels environnements sont difficiles à construire et à maintenir en dehors d'un laboratoire.
Les facteurs environnementaux ont également un impact sur les ordinateurs classiques - par exemple, des températures élevées ou de fortes forces magnétiques peuvent ralentir ou détruire un ordinateur. Mais le problème est beaucoup plus grave pour les ordinateurs quantiques, au point qu'il n'est pas certain qu'ils puissent fonctionner dans des conditions réelles.
(Il sera peut-être possible, à terme, de contrer les interférences, tout comme le ventilateur d'un ordinateur de bureau l'aide à contrer les températures élevées).
Les ordinateurs quantiques sont en général moins stables que leurs homologues classiques. Cela les rend plus enclins aux erreurs. Tous les ordinateurs commettent des erreurs, c'est pourquoi les ordinateurs classiques ont une mémoire intégrée et des processeurs dédiés à la correction des erreurs. Mais les ordinateurs quantiques doivent consacrer beaucoup plus de ressources à la correction des erreurs que les ordinateurs classiques, par rapport à leur capacité de traitement.
Pour que les qubits restent stables, les ordinateurs quantiques doivent être maintenus à un niveau de froid extrême - quelques degrés seulement au-dessus du zéro absolu. Là encore, cela rend difficile leur utilisation en dehors d'environnements de laboratoire hautement contrôlés.
Le résultat de ces défis et d'autres est que très peu d'ordinateurs quantiques ont été construits avec plus d'une poignée de qubits. (Un ordinateur quantique de 256 qubits a été annoncé en 2021, et une entreprise espère construire un ordinateur quantique de 1 000 qubits d'ici 2023.)
L'impact total de l'informatique quantique est difficile à déterminer, car on ne sait toujours pas si les ordinateurs quantiques à grande échelle sont réalisables, et encore moins si leur production en masse est possible. Cette situation contraste avec l'informatique classique : dans la plupart des sociétés, des ordinateurs miniatures sont utilisés dans presque tous les aspects de la vie, et de nombreuses personnes portent l'équivalent d'un superordinateur dans leur poche (comme les smartphones).
Des ordinateurs quantiques puissants et stables pourraient avoir des répercussions positives majeures sur la société.Mais il est également clair que de tels ordinateurs mettraient en péril la vie privée et la sécurité de manière inédite.
Les applications possibles des ordinateurs quantiques sont nombreuses. Grâce à des ordinateurs plus puissants, le secteur financier pourrait être en mesure d'analyser et de prévoir plus précisément le marché boursier. Les climatologues pourraient être en mesure d'analyser et de prévoir plus précisément les phénomènes météorologiques. Les systèmes de transport pourraient devenir plus efficaces si les ordinateurs quantiques pouvaient mieux prédire les schémas de circulation.
Tous ces résultats sont encore théoriques. Et même si l'on parvenait à construire des ordinateurs quantiques à grande échelle et très stables, les résultats de leur traitement ne seraient toujours aussi précis que les données qui leur sont fournies. Malgré cela, l'informatique quantique pourrait avoir un impact positif majeur sur ces domaines ou d'autres similaires.
Aujourd'hui, les informations sensibles sont souvent protégées par l'utilisation du chiffrement. Le chiffrement est le processus qui consiste à coder un message à l'aide d'une clé, de sorte que personne ne puisse lire le message, à l'exception de la personne qui possède la clé. Le chiffrement protège les données personnelles que les utilisateurs saisissent sur les sites web (via TLS), les données commerciales stockées sur les disques durs et dans les serveurs, les données gouvernementales confidentielles et d'autres informations sensibles.
De nombreux types de chiffrement reposent sur des problèmes mathématiques difficiles, tels que la factorisation des nombres premiers, pour protéger les données. La difficulté de ces problèmes garantit que le chiffrement ne peut pas être cassé dans un délai raisonnable. Bien qu'il existe des algorithmes bien connus pour casser le chiffrement, il est toujours possible d'utiliser des clés de chiffrement plus grandes, ce qui nécessite un temps exponentiellement plus long (pour les ordinateurs classiques) pour trouver la clé et casser le chiffrement.
Cependant, les ordinateurs quantiques peuvent théoriquement résoudre les problèmes difficiles utilisés dans les méthodes de chiffrement actuellement déployées. Dans ce scénario, l'augmentation de la taille des clés ne renforce pas la difficulté du problème de manière exponentielle. Ainsi, la rupture du chiffrement pourrait prendre beaucoup moins de temps. Les ordinateurs quantiques pourraient ainsi briser la plupart des méthodes de chiffrement actuelles, ce qui mettrait en danger l'exposition de toutes les données chiffrées.
Cloudflare est fortement impliqué dans le développement de nouvelles méthodes de chiffrement résistantes aux quanta qui protégeront les informations sensibles aujourd'hui et à l'avenir. Cette initiative s'inscrit dans le cadre de l'engagement plus large de Cloudflare à contribuer au développement de meilleurs protocoles Internet, de meilleures normes de chiffrement et de meilleures protections de la vie privée.
Cloudflare continuera à apporter sa contribution dans ce domaine. Pour en savoir plus, consultez les derniers articles du blog sur l'informatique quantique et le chiffrement.