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Pourquoi la NSA mise sur l'informatique quantique

Pourquoi la NSA mise sur l'informatique quantique

© AFP

Dans les pas de Google et de la NASA, qui ont acquis dernièrement l’ordinateur quantique D-Wave auprès de la société Lockheed Martin, la NSA travaille au développement d’un ordinateur quantique, capable de casser tous les systèmes de chiffrement.

Depuis plusieurs années, l’agence de renseignement américaine NSA finance le développement d’un ordinateur quantique, capable de faire sauter tous les systèmes de chiffrement, selon des informations dévoilées par le Washington Post. Le projet baptisé « Penetrating Hard Target » a pour but de construire un ordinateur  quantique utilisable en cryptographie. Il bénéficie d’un montant de 80 milliards de dollars. L’idée de l’ordinateur quantique est de remplacer un bit classique par un qubit. Un qubit peut avoir une “infinité de valeurs” qui, par analogie, pourrait être représentée par un point sur un cercle. Au lieu d’avoir une valeur 0 ou 1, un qubit est un vecteur à deux composantes complexes, ainsi il peut prendre une infinité de valeur selon la valeur de chaque composante. L’état quantique de n qubits (par exemple, un ensemble de particules intriquées de spin haut ou bas) est une superposition des 2n états de base. Ainsi pour 10 qubits, on a 210 amplitudes, soit 210 nombres complexes codés. La puissance additionnelle de l’ordinateur quantique est d’avoir une infinité de nuances intriquées entre les 2n axes de la base de calcul, au lieu de rester sur des composantes (0 ou 1) de l’ordinateur classique. Pour exploiter ces capacités de calcul, l’algorithme de Shor a été développé en 1996. Il permet de factoriser des nombres, d’où l'interêt pour le chiffrement.

Les clés de chiffrement au défi de la cryptographie quantique

Aujourd’hui, les clés de 256 bits sont les plus utilisées, et l’algorithme de chiffrement RSA est l’un des plus répandus. Les clés RSA sont en général de longueur comprise entre 1 024 et 2 048 bits. Selon certains experts, les clés de 1 024 bits seront cassées dans un proche avenir, et aujourd’hui, un ordinateur classique a besoin de quelques heures pour factoriser une clé inférieure à 256 bits. L’arrivée de l’ordinateur quantique risque de bouleverser ces ordres de grandeur. L'algorithme de Shor est probabiliste, c’est-à-dire qu’il donne la réponse correcte avec une haute probabilité et la probabilité d'échec peut être diminuée en répétant l'algorithme.

Pour résister aux algorithmes quantiques, la solution réside dans la cryptographie quantique, aujourd’hui considérée incassable. Plusieurs instituts et écoles travaillent au développement de système de cryptographie quantique. Principe d’incertitude, non-duplication, du fait des lois de la physique quantique, - selon lesquelles on ne peut mesurer un système sans le perturber - : une information cryptée par des bits quantiques apparaît mieux protégée qu’une donnée cryptée de manière traditionnelle.  « L’idée est de tirer profit de la mécanique quantique. On encode ainsi un bit à travers un système quantique individuel, par exemple un bit dans un photon unique. Si le photon a une polarisation verticale, on encode un 1, et si le photon a une polarisation horizontale, on encode un 0 », précise Nicolas Cerf, directeur du QuIC (Center for Quantum Information and Communication – QuIC à Bruxelles). La cryptographie quantique apparaît comme un système de sécurité plus robuste que le système cryptographique traditionnel, basé sur le protocole RSA. On ne peut pas mesurer un système quantique sans le perturber. C’est une conséquence du principe d’incertitude quantique. Si un espion tente de mesurer un photon, le bit qui arrive en bout de ligne va être perturbé. Ainsi toute information acquise par l’espion perturbe la ligne, ce qui permet aux protagonistes de mesurer le taux d’erreur et d'en déduire quelle quantité d’information a été récoltée par l’espion. Ensuite, grâce à un algorithme ad-hoc d'amplification de confidentialité, on peut se débarrasser des bits susceptibles d’être espionnés.

Solution prometteuse et déjà commercialisée, la cryptographie quantique rencontre encore des limitations, en particulier concernant la portée d’émission (de l'ordre de la centaine de kilomètres).

 

Sophie Eustache

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