Récemment, Google a publié un article intitulé " Suprématie quantique à l'aide d'un processeur supraconducteur programmable ". Dans cet article, les chercheurs expliquent en détail comment un ordinateur quantique a pu surpasser un ordinateur classique dans une tâche qui exige beaucoup de temps de calcul. Plus précisément, ils comparent la performance des superordinateurs classiques de pointe à celle de leur ordinateur quantique dans la tâche d'échantillonnage de chaînes de bits aléatoires (liste de 0 et/ou de 1 comme {0000101, 1011100, ...}). L'ordinateur quantique de Google, appelé 'Sycamore', a un processeur de 53 qubits. Le processeur est essentiellement constitué de 53 bobines qui ont été refroidies à un centième de degré au-dessus du zéro absolu.
Le processeur Sycamore a pris 3 minutes et 20 secondes pour effectuer un calcul d'échantillonnage. Selon Google, ce même calcul prendrait 10 000 ans à un superordinateur classique. IBM a répondu aux affirmations de Google en déclarant qu'elle pouvait simuler les résultats de Google avec un superordinateur classique en 2,5 jours. La réserve ici est qu'IBM aurait besoin d'utiliser le superordinateur d'Oak Ridge qui est le plus grand superordinateur au monde. Dans son article d'opinion du New York Times, Why Google's Quantum Supremacy Milestone Matters, Scott Aaronson a noté l'importance de la réalisation de Google malgré la réfutation d'IBM :
Nous sommes maintenant dans une ère où, avec un effort héroïque, les plus grands superordinateurs de la planète peuvent peut-être encore, presque simuler des ordinateurs quantiques en train de faire leur truc. Mais le fait même que la lutte soit proche aujourd'hui suggère qu'elle ne le restera pas longtemps. Si la puce de Google avait utilisé 60 qubits au lieu de 53, alors la simulation de ses résultats avec l'approche d'IBM nécessiterait 30 superordinateurs Oak Ridge. Avec 70 qubits, il faudrait suffisamment de superordinateurs pour remplir une ville.
Les ordinateurs classiques Vs Les ordinateurs quantiques
Pourquoi les ordinateurs quantiques sont-ils tellement plus puissants que les ordinateurs classiques ?
Les ordinateurs classiques utilisent des chiffres binaires (bits) qui ont des valeurs 0 ou 1. Ces valeurs binaires correspondent à deux niveaux de basse tension continue (qui est essentiellement une tension électrique).
Les ordinateurs quantiques utilisent des chiffres binaires quantiques (qubits). Les qubits apparaissent lorsque vous refroidissez des électrons dans des fils jusqu'à, dans le cas de Google, 20 miliKelvin (très proche du zéro absolu), ce qui les fait se comporter de manière quantique. Par conséquent, les qubits, ou ce que j'appelle sciemment des bits froids, peuvent prendre des états de 0, 1, ou des superpositions (combinaisons linéaires) des deux. Un état de superposition correspond à une probabilité égale d'obtenir une valeur binaire 0 ou 1. Cela signifie que les ordinateurs quantiques ont des " états intermédiaires " qui leur permettent de capturer le comportement quantique comme l'intrication. L'intrication quantique se produit lorsque deux qubits sont fortement corrélés, même à longue distance, au point qu'ils semblent communiquer entre eux plus rapidement que la vitesse de la lumière. En raison de l'intrication quantique, les qubits peuvent stocker beaucoup plus d'informations (jusqu'à deux bits par un codage superdense) et communiquer beaucoup plus d'informations sur de longues distances que les bits ordinaires. L'intrication est au cœur de ce qui fait que les ordinateurs quantiques sont beaucoup plus puissants que les superordinateurs classiques.
Qu'est-ce que le chiffrement et où est-il utilisé ?
Le chiffrement est le processus de modification d'un message, d'un fichier et/ou de certaines données, de sorte que seules certaines personnes possédant une clé de chiffrement puissent accéder aux informations d'origine. Le pré-chiffrement des données est appelé texte en clair et le post-chiffrement des données est appelé texte chiffré. Généralement, un algorithme est utilisé pour générer le texte chiffré à partir du texte en clair ainsi que la clé par le biais du processus de génération de nombres aléatoires. Une méthode de chiffrement courante, et l'une des plus vulnérables aux ordinateurs quantiques, est l'algorithme Rivest-Shamir-Adleman (RSA) qui repose sur le fait qu'il est difficile de trouver les facteurs d'un grand nombre composite.
Le chiffrement a des applications dans la sécurisation des transactions d'achat, des courriels, des dossiers bancaires en ligne, des données sur les disques durs et des mots de passe. Étant donné le risque élevé de sécurité de ces applications, il s'agit d'une préoccupation majeure si des techniques sont développées qui peuvent facilement compromettre la sécurité des données et de l'information.
Quelle menace l'informatique quantique représente-t-elle pour le chiffrement ?
En informatique quantique, un algorithme appelé algorithme de Shor peut être utilisé pour factoriser de grands nombres composites de manière exponentielle plus rapidement que les ordinateurs classiques. Cette caractéristique signifie qu'avec un ordinateur quantique suffisamment puissant, vous pouvez facilement craquer des systèmes de chiffrement comme RSA.
IBM sécurise le chiffrement des données contre les ordinateurs quantiques
Au lieu d'attendre qu'un puissant ordinateur quantique rende toutes nos données non sécurisées, IBM a commencé à développer des systèmes de chiffrement qui protègent des ordinateurs quantiques. IBM a abordé le problème en réalisant d'abord que les ordinateurs quantiques ne sont bons qu'à résoudre une poignée de tâches (l'une d'entre elles étant la factorisation de grands nombres composites). La façon de protéger les données contre les ordinateurs quantiques serait de chiffrer les données en utilisant un problème que les ordinateurs quantiques ne peuvent pas résoudre. Un exemple d'un tel problème est le "problème de Lattice". Bien que les problèmes de Lattice aient été étudiés depuis les années 1980, il n'existe toujours pas de solution classique ou d'algorithme quantique à ces problèmes. Ceci est un extrait de l'article de Scientific American, New Encryption System Protects Data from Quantum Computers, concernant les problèmes de Lattice :
Un exemple simple d'un tel problème est d'additionner trois des cinq chiffres d'un ensemble, de donner la somme à un ami et de demander ensuite à cette deuxième partie de déterminer quels trois chiffres ont été ajoutés. " Bien sûr, avec cinq chiffres, ce n'est pas difficile ", dit Lyubashevsky. "Mais maintenant, imaginez 1 000 numéros à 1 000 chiffres chacun, et que je choisisse 500 de ces numéros."
Bien qu'il soit effrayant que les ordinateurs quantiques posent un risque énorme pour la sécurité des données, il est rassurant de constater que des méthodes de substitution au chiffrement des données font actuellement l'objet de recherches. Bien que j'aie personnellement trouvé les résultats de Google très intéressants, malgré les implications en matière de sécurité, je pense qu'il est très important que des mesures de protection soient mises en place pour la sécurité des données. Cela est particulièrement vrai alors que nous continuons à générer davantage de données en même temps que les technologies se développent.
Dans cet article, j'ai parlé du processeur Sycamore de Google et de sa capacité à surpasser les ordinateurs classiques sur le plan des calculs lors d'une tâche d'échantillonnage aléatoire. J'ai discuté du concept de qubit et de la façon dont les états enchevêtrés permettent aux ordinateurs quantiques de stocker plus d'informations que les bits. Cette capacité de stocker plus d'information et de communiquer l'information plus rapidement lui permet de surpasser les ordinateurs classiques dans des tâches comme la factorisation des nombres composites. Cela a d'énormes implications en termes de risques pour le chiffrement et la sécurité des données. Enfin, j'ai parlé des efforts d'IBM pour protéger le chiffrement des données contre les ordinateurs quantiques. J'espère que cet article a été utile et/ou intéressant. Merci de l'avoir lu !
source :
https://towardsdatascience.com/data-security-at-risk-as-quantum-computers-gain-momentum-f64b68d0471b