L'avenir de l'informatique quantique : avantages et risques potentiels pour la sécurité

Vous avez entendu parler de l'engouement. L'informatique quantique fournira l'ordinateur qui rendra tous les ordinateurs précédents obsolètes, guérira des maladies et mettra fin au chiffrement. Devons-nous en être ravis ou terrifiés ? Cet article présentera les bases de cette technologie saisissante, ses applications pratiques, ses limites et comment elle pourrait effectivement compromettre l'avenir de la sécurité de l'information.

L'informatique quantique, telle que définie par IBM, « est une technologie en pleine émergence qui exploite les lois de la mécanique quantique pour résoudre des problèmes trop complexes pour les ordinateurs classiques. » Alors que la technologie classique (c'est-à-dire basée sur des transistors) repose sur les 1 et les 0 pour prendre des décisions, les ordinateurs quantiques utilisent des bits quantiques ou « qubits » comme unité de base d'information. Chaque qubit peut gérer beaucoup plus d'informations que la dichotomie marche/arrêt d'un transistor. Les qubits interagissent entre eux via un processus connu sous le nom d'enchevêtrement, permettant aux ordinateurs quantiques de devenir exponentiellement plus puissants à chaque qubit supplémentaire ajouté.

Selon ce comportement exponentiel, considérez qu'un appareil informatique composé de 20 bits basés sur des transistors (1s/0s) est 20 fois plus performant qu'un seul bit en lui-même (relativement minime sur le plan computationnel), tandis que 20 qubits quantiques seraient 2^20 (soit environ 1 million) fois plus performants qu'un seul qubit. En d'autres termes, dix qubits intriqués équivalent à 16 000 bits traditionnels, tandis que 500 qubits intriqués peuvent stocker plus de valeurs qu'il n'y a d'atomes dans l'univers connu.

Comprendre véritablement cette technologie est une tâche colossale. Cependant, avec cette introduction abrégée, examinons les applications potentielles et les implications de l'informatique quantique.

Dans les années 1980, le physicien Richard Feynman a eu l'idée d'utiliser le traitement quantique pour modéliser la physique quantique, donnant naissance à la fois au concept d'ordinateur quantique et à sa première application théorique. Il s’avère que l’informatique quantique, utilisant des qubits intriqués, est un outil fantastique pour les calculs mathématiques répétitifs, permettant à ce nouveau paradigme informatique de produire (ou peut-être de positionner la manivelle à tous les points simultanément) des réponses à des problèmes qui auraient autrement été insolubles.

Les applications pratiques potentielles de l'informatique quantique incluent la cryptographie (explorée plus en détail dans la section suivante) et la recherche de réponses à des dilemmes médicaux qui étaient auparavant difficiles ou impossibles à résoudre. Considérez la configuration de calcul distribué Folding at Home utilisée au plus fort de la COVID-19, où des ressources massives ont été mobilisées pour aider au développement de nouveaux traitements. Un ordinateur quantique pourrait accomplir de tels calculs en un temps record s'il était appliqué avec succès à une telle tâche.

Les ordinateurs quantiques peuvent également être utilisés pour analyser d'immenses ensembles de données génomiques, aidant ainsi les médecins à personnaliser les plans de traitement pour diverses maladies.

Bien sûr, comme pour toute nouvelle technologie, une fois que vous avez le proverbial marteau, les gens trouveront rapidement plus de choses à clouer. L'une des limitations de l'informatique quantique aujourd'hui est que l'informatique classique dispose de plusieurs décennies de connaissances et d'outils logiciels pour créer des solutions aux problèmes x, y et z. Nos connaissances collectives et notre ensemble d’outils en informatique quantique sont beaucoup plus restreints, ce qui signifie que bien que des applications soient possibles, les réaliser (et de manière fiable—les erreurs restent un problème) constitue un défi.

En même temps, les avancées en IA – potentiellement associées à l'informatique quantique – peuvent nous aider à surmonter ces obstacles programmatiques. L'informatique quantique n'est pas une technologie lointaine comme la fusion. C'est une technologie fonctionnelle à l'heure actuelle. Vous pouvez même interagir avec un ordinateur quantique via le service de location quantique d'IBM. Pensez-y comme un analogue de l'informatique en nuage quantique aux anciens mainframes (c'est-à-dire une solution cloud quantique, où votre ordinateur à transistors interagit avec un hub quantique central, renvoyant les résultats produits).

Briser un système de chiffrement fort (par exemple, 256 bits) en utilisant les technologies informatiques les plus avancées d'aujourd'hui pourrait prendre des milliards d'années. Cependant, l'informatique quantique, si elle est correctement configurée pour cette tâche, pourrait briser un tel chiffrement en beaucoup moins de temps, dévalorisant ainsi les procédures de sécurité actuelles. Passez un fichier chiffré via un algorithme quantique, et les secrets qu'il contient sont craqués et facilement accessibles.

Ce problème est plus répandu que, disons, le décryptage d'une collection de documents secrets d'un espion. Considérez que le trafic web est normalement sécurisé grâce au chiffrement à clé publique, permettant à votre ordinateur et à un serveur d'échanger des informations sans que d'autres puissent les écouter. Brisez le chiffrement, et toutes ces informations — informations bancaires, dossiers de santé, photos de votre chat — deviennent accessibles. L'infrastructure sous-jacente du web deviendrait bien moins sûre.

Considérez également que les données stockées aujourd'hui pourraient éventuellement être décryptées plus tard. Cela donne lieu à une attaque théorique de type "Collecter Maintenant, Décrypter Plus Tard", où les données sont simplement interceptées et stockées jusqu'à ce qu'elles puissent être déchiffrées. Les acteurs étatiques qui craquent une telle sécurité pourraient obtenir des informations sur des systèmes d'armes vieux de 20 ans et des espions retraités, ou la technologie de décryptage pourrait arriver bien plus tôt, voire être déjà disponible (et secrète) à l'heure actuelle.

La bonne nouvelle (espérons-le) est que les organisations travaillent sur des algorithmes résistants à la cryptographie qui peuvent résister aux méthodologies de décryptage de l'informatique quantique. Cela ne résout pas le problème des données déjà interceptées de manière malveillante et stockées en vue d'une utilisation ultérieure, mais vous pouvez au moins atténuer ce problème potentiel à l'avenir. Bien entendu, alors que nous établissons des protocoles de cryptage pour la cybersécurité quantique, il faut se demander si ceux-ci sont protégés contre ce qui pourrait arriver ensuite. Peut-être que l'agilité cryptographique, et le fait de ne jamais se contenter de votre niveau actuel de protection, devraient constituer le thème principal de toute opération sécurisée.

Le calcul quantique peut dérouter même les ingénieurs les plus expérimentés. Sans parler de la téléportation quantique, qui permet de partager des informations entre deux qubits intriqués sur plusieurs kilomètres/miles (ce qui, de manière décevante, ne signifie pas des communications plus rapides que la lumière). L'ensemble du concept peut sembler mystique.

La courbe d'apprentissage nécessaire pour acquérir une compréhension fondamentale de cette technologie représente un obstacle considérable à l'utilisation généralisée de l'informatique quantique. D'autre part, comme mentionné dans un article du Wall Street Journal datant d'octobre 2023, considérez que la machine à vapeur a été inventée bien avant que nous comprenions la thermodynamique. Elle n'a d'ailleurs été appliquée à une locomotive qu'un siècle plus tard.

La computation quantique, ou la combinaison de l'IA et de la computation quantique, pourrait-elle suivre un chemin similaire, en utilisant peut-être ses outils informatiques pour une amélioration continue et même pour nous éduquer, nous simples humains ? Ou peut-être que cette computation continuera à s'améliorer elle-même au-delà de ce que nous pouvons raisonnablement concevoir. Un tel avenir pourrait être fantastique ou dystopique, selon le futur de science-fiction auquel vous choisissez de croire.