La physique quantique a le potentiel d'être la prochaine grande frontière de l'informatique. Ses propriétés permettraient des vitesses sans précédent et promettent de nouveaux niveaux de traitement des données et de cryptage. Cependant, c'est un domaine compliqué et pas sans risques pour la sécurité. Que devez-vous savoir ?
Le calcul quantique est une technologie émergente qui exploite les phénomènes de la mécanique quantique tels que la « superposition » et l’« intrication » pour résoudre des problèmes trop difficiles pour les ordinateurs « classiques ». L'intrication quantique est un phénomène si contre-intuitif qu' Albert Einstein l'a qualifié de « phénomène étrange à distance ».
Un des principaux domaines de préoccupation concernant le calcul quantique est la sécurité et la protection des données. Bien que la puissance du calcul quantique soit considérée comme la plus grande menace pour la sécurité des données, elle représente également l'avenir de la cybersécurité.
Les ordinateurs classiques d'aujourd'hui ne peuvent pas casser le cryptage utilisant la factorisation de très grands nombres premiers, d'environ 300+ entiers. Cependant, des acteurs malveillants utilisant le calcul quantique pourraient compromettre les normes de cryptage actuelles, les rendant inefficaces. Les technologies de l'information quantique peuvent aider à surmonter ce problème en permettant de nouveaux types de cryptographie avancée, offrant une protection beaucoup plus forte des données et des actifs.
La mécanique du calcul quantique signifie que le piratage des mesures de sécurité existantes pourrait être effectué de manière exponentiellement plus rapide. Actuellement, les ordinateurs classiques traitent l'information en utilisant des bits qui équivalent à des uns ou des zéros. Les ordinateurs quantiques utilisent des bits quantiques, également connus sous le nom de qubits, qui peuvent être réglés sur un ou zéro, ou à la fois un et zéro simultanément. Travailler avec des bits qui peuvent exister dans deux états en même temps, associé à l'intrication, permet un décryptage beaucoup plus rapide.
Dans le monde d'aujourd'hui, bien que le calcul quantique reste en dehors du courant principal, des acteurs malveillants récoltent déjà des données conventionnellement cryptées dans l'intention de les pirater avec des ordinateurs quantiques plus tard.
En réalité, les ordinateurs quantiques pourraient briser la cybersécurité que nous utilisons actuellement pour les pratiques courantes de la vie quotidienne. Et cela pourrait représenter une menace beaucoup plus dangereuse pour les soins de santé, les services financiers et d'autres données personnelles sensibles. Cela pourrait également rendre les documents numériques plus vulnérables. En résumé, le calcul quantique pourrait potentiellement briser tous les cryptages actuellement utilisés, y compris le code RSA utilisant l'algorithme de Peter W. Shor.
Les gouvernements et les entreprises priorisent de plus en plus le calcul quantique pour protéger les données. La Maison Blanche a publié plus tôt cette année un mémo de sécurité nationale qui a ordonné aux agences fédérales de se préparer à passer des algorithmes de cryptage actuels à de nouveaux algorithmes de « cryptographie post-quantique », à partir de 2024.
L'Union européenne (UE) prend également le calcul quantique très au sérieux. Elle prévoit de « consolider et d'élargir le leadership scientifique et l'excellence européens dans ce domaine de recherche, pour donner un coup d'envoi à une industrie européenne compétitive dans les technologies quantiques et faire de l'Europe une région dynamique et attrayante pour la recherche, les affaires et les investissements innovants dans ce domaine. »
Le projet Quantum Flagship de l'UE couvre quatre thèmes principaux, y compris le calcul quantique, les capteurs quantiques, la modélisation quantique et les communications quantiques. L'UE a également montré son engagement envers la technologie avec le projet Quantum Internet Alliance, conçu pour construire le premier prototype mondial d'un réseau quantique à grande échelle en Europe nommé EuroQCI.
Et en l'état actuel des choses, seule une technologie peut garantir la détection de toutes les tentatives d'intrusion et de piratage utilisant le quantique : la distribution de clés quantiques (QKD). La QKD est conçue de manière à ce que deux parties échangent une clé privée à chaque extrémité d'une interaction. Mais elles le font en transmettant des millions de particules de lumière polarisées, des photons, à travers une fibre optique d'une extrémité à l'autre. Chaque photon a un état quantique aléatoire, et collectivement, tous les photons s'additionnent à un flux de bits de uns et de zéros.
Lorsque les photons arrivent à la destination souhaitée, le récepteur utilise des séparateurs de faisceau pour déterminer la polarisation de chaque photon. Ensuite, le récepteur indique à l'expéditeur quel séparateur de faisceau a été utilisé pour évaluer chacun des photons dans la séquence dans laquelle ils ont été envoyés, et l'expéditeur compare ces données avec la séquence de polariseurs utilisés pour envoyer les photons.
De cette manière, la séquence de bits générés devient une clé optique unique pour le cryptage des données. La QKD est une méthode de communication particulièrement sécurisée car elle utilise la physique quantique, et non les mathématiques, pour crypter les données. En essence, les lois de la physique quantique garantissent que toute tentative d'intrusion sera détectée.
“Il convient de rappeler qu'aujourd'hui, tous les mécanismes cryptographiques sont basés sur la résolution de problèmes mathématiques. Mais les ordinateurs quantiques auront des capacités de calcul dix fois supérieures à celles d'aujourd'hui. Cela signifie un cryptage beaucoup plus robuste que ce que nous pouvons avoir maintenant. La QKD sera un énorme bond en avant,” déclare le Dr. Thomas Rivera, Responsable de projet de recherche chez Orange, spécialisé dans les communications quantiques.
Le niveau de sécurité extrêmement élevé offert par la QKD pourrait intéresser des entreprises de divers secteurs qui doivent gérer des informations hautement confidentielles. Il est facile de voir qu'elle sera en demande dans le secteur bancaire et d'autres services financiers, ou pour les communications gouvernementales dans des organismes comme la police ou l'armée.
Les réseaux quantiques sont déjà en phase d'essai et de test, mais seulement vraiment à des niveaux régionaux. Les réseaux quantiques couvrant de longues distances sont encore rares actuellement pour plusieurs raisons.
Tout d'abord, l'équipement nécessaire pour construire un réseau quantique est très coûteux. Deuxièmement, l'équipement réseau existant comme les répéteurs ne fonctionne pas avec les technologies quantiques. Et troisièmement, les qubits utilisent un signal très faible qui est très sensible au bruit ou à d'autres changements environnementaux. Des nœuds de confiance sont nécessaires pour augmenter la portée de cette technologie. Cette approche a été utilisée pour des réseaux QKD à longue portée tels que ceux en Chine, en Corée ou au Royaume-Uni. Pour de longues distances, les communications quantiques utilisant des satellites en orbite terrestre basse pour envoyer des messages cryptés aux stations terrestres constituent une option plus viable.
Orange est impliqué dans plusieurs projets de test et de recherche quantiques à des niveaux national et européen. Ces projets couvrent des questions telles que la recherche de moyens pour réduire le prix de certains équipements quantiques et garantir que nous puissions réutiliser notre infrastructure réseau existante pour le quantique. Cela signifie travailler vers la coexistence des photons qui transportent des informations quantiques pour la QKD et des données qui transmettent la télévision et la vidéo, sur les mêmes fibres.
Orange s'engage également à aider l'UE à réaliser le réseau quantique paneuropéen et contribue à d'autres initiatives clés. Cela inclut le projet Continuous Variable Quantum communications (CiViQ), dans lequel Orange collabore avec une gamme d'experts en communications quantiques pour définir des solutions de cryptographie quantique permettant un cryptage ultra-sécurisé.
Orange est également engagé dans le projet de banc d'essai Open European Quantum Key Distribution (OPENQKD), qui vise à construire une infrastructure pour tester et évaluer des solutions de cryptographie quantique à travers l'Europe. Nous travaillons également sur le programme EuroQCI (Infrastructure de Communication Quantique), conçu pour fournir à l'Europe une infrastructure de communications quantiques pour un usage terrestre et spatial.
En France, Orange est activement impliqué dans deux grands projets quantiques. Le projet d'infrastructure de communication quantique de la région parisienne (QCI), coordonné par Orange, a déployé un réseau de communication quantique entre Paris et les principales zones d'affaires et universitaires autour de Paris, pour tester des solutions de communication sécurisées, y compris la QKD. L'un des objectifs de ce projet est de fédérer l'écosystème de communications quantiques d'Ile-de-France à Paris, qui comprend des start-ups, des laboratoires académiques et de grandes entreprises de la région.
Nous travaillons également sur le projet Quantum@UCA, en partenariat avec l'Université Côte d'Azur. Ce projet a été lancé en 2019 et vise à tester l'échange de clés cryptographiques quantiques sur un réseau urbain basé sur l'intrication. Orange a fourni de la « fibre noire » pour l'échange de qubits, et nous apportons notre expertise en cryptographie au projet.
L'objectif final de ces deux projets est de relier les deux réseaux par satellite. “C'est une période vraiment excitante,” déclare le Dr. Rivera d'Orange. “Nous sommes fiers des progrès que nous avons déjà réalisés dans le domaine quantique, avec des projets comme le ParisRegionQCI et le Quantum@UCA. Nous sommes heureux que tous les partenaires de ces deux initiatives soient devenus partenaires d'un projet plus vaste, FranceQCI, qui vise à déployer le réseau quantique français. Ces projets nous aideront à avancer vers la QKD et un avenir plus sûr et plus sécurisé.”
