De puissants ordinateurs quantiques pourraient être plus proches que ne le pensaient les scientifiques.
Pour libérer toute la puissance de la technologie, les scientifiques pensent depuis longtemps qu’il faudrait des ordinateurs quantiques dotés de millions de bits quantiques, ou qubits. Mais les chercheurs rapportent que la promesse des ordinateurs quantiques pourrait émerger avec seulement 10 000 qubits.
L’une des tâches clés dans lesquelles les futurs ordinateurs quantiques devraient exceller est de déchiffrer le cryptage utilisé pour sécuriser les communications sur Internet. Aujourd’hui, les scientifiques ont calculé qu’un type de cryptage largement utilisé appelé cryptographie à courbe elliptique pourrait être contrecarré avec un ordinateur quantique doté de 9 988 qubits – même s’il faudrait environ 1 000 jours pour le déchiffrer.
Avec environ 26 000 qubits, le cryptage pourrait être brisé en un jour, rapportent les chercheurs dans un article soumis le 30 mars à arXiv.org. Selon les chercheurs de Caltech et de la société d'informatique quantique Oratomic de Pasadena, en Californie, une autre forme de cryptage répandue, RSA-2048, nécessiterait 100 000 qubits et 10 jours pour être rompue.
Le calcul suggère que les ordinateurs quantiques pourraient également bientôt contribuer à d’autres domaines dans lesquels les machines devraient avoir un impact, comme l’IA, la chimie et la science des matériaux.
Ce nouveau résultat fait suite à un article publié sur arXiv.org en février, dans lequel des chercheurs d'Iceberg Quantum à Sydney ont calculé que le cryptage RSA pourrait être vaincu en une semaine avec un ordinateur quantique doté d'environ 100 000 qubits. Les deux articles, qui n'ont pas encore été évalués par des pairs, suggèrent une diminution spectaculaire par rapport aux 20 millions de qubits jugés nécessaires il y a quelques années à peine.
Cette baisse est en grande partie due aux améliorations de la correction des erreurs quantiques, la technique par laquelle les bits quantiques défectueux sont transformés en outils informatiques fiables. « Cela a d'énormes implications pour l'informatique quantique », déclare le physicien Jens Eisert de la Freie Universität Berlin, qui n'a pas participé à la recherche. « Ce travail est encourageant [in] que cela nous dit que cela pourrait être plus réalisable que nous ne le pensons.
Un changement d’ambiance s’opère à la suite de ces résultats et d’autres. « Il y a une nouvelle vague d'espoir que les ordinateurs quantiques peuvent vraiment fonctionner, et peut-être que dans les cinq à dix prochaines années, ils pourront réellement déchiffrer notre cryptage », déclare le mathématicien Jens Niklas Eberhardt de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence en Allemagne, qui n'a pas participé à la recherche. « C'est assez étonnant mais aussi terrifiant. » Cette avancée pourrait mettre à nu des données secrètes et menacer la sécurité des crypto-monnaies telles que Bitcoin, qui repose sur la cryptographie à courbe elliptique.
Les deux articles exploitent des types avancés de correction d’erreur quantique, appelés codes de contrôle de parité quantique à faible densité. La correction d'erreurs fonctionne généralement en combinant plusieurs qubits défectueux en un seul qubit logique fiable. Ces qubits logiques sont ensuite utilisés pour effectuer des calculs. En fonction du nombre de qubits entrant dans un qubit logique corrigé des erreurs, la technique peut nécessiter une surcharge massive en qubits.
Les codes de contrôle de parité quantique à faible densité peuvent créer des qubits logiques plus efficacement que les schémas standard. Mais ils exigent généralement que chaque qubit soit capable d’interagir directement avec de nombreux autres qubits. Ce n’est pas facile pour la plupart des types d’ordinateurs quantiques les plus importants, qui inscrivent leurs qubits sur des puces sur lesquelles les qubits s’interfacent principalement avec leurs voisins les plus proches.
Le travail d'Oratomic repose sur un type d'ordinateur quantique doté de qubits constitués d'atomes individuels. Les lasers peuvent déplacer les atomes, permettant à tous les qubits de se connecter les uns aux autres. Les travaux suggèrent que les ordinateurs quantiques à correction d’erreurs semblent inévitables, explique le physicien Dolev Bluvstein d’Oratomic. « Cela semble si proche et si réalisable qu'il n'y a aucun moyen pour l'humanité de s'arrêter. »
Mais donner un chiffre comme référence n’est qu’une étape. « Cela ne veut pas dire que le problème est résolu ; le plaisir ne fait que commencer », déclare Eisert. Amusant selon la définition d'un physicien, en tout cas : « Il y a beaucoup de détails à régler. »
Et les progrès en matière de correction d’erreurs arrivent à un rythme rapide. Le 30 mars, des chercheurs de Google Quantum AI ont publié un article et un blog sur le site Web de l'entreprise suggérant qu'un ordinateur quantique doté de 500 000 qubits physiques fonctionnant pendant quelques minutes pourrait mettre en danger la sécurité de la crypto-monnaie.
Dans l’ensemble, les résultats incitent les scientifiques à tirer la sonnette d’alarme : la sécurité Internet doit être mise à jour dès que possible. « C'est certainement une impulsion encore plus forte pour que les gens passent maintenant à la cryptographie à résistance quantique », a déclaré l'informaticien Scott Aaronson de l'Université du Texas à Austin dans un e-mail. « Ils devraient vraiment s'y mettre ! »
