Un ordinateur quantique génère pour la première fois un nombre véritablement aléatoire
Un ordinateur quantique génère pour la première fois un nombre véritablement aléatoire,
les implications sont considérables et touchent entre autres le domaine de la cryptographie
Les avancées dans le domaine de l'informatique quantique ne cessent de surprendre les chercheurs et de redéfinir les limites de ce qui semblait possible en matière de calcul. Une récente découverte a mis en lumière l'énorme potentiel de cette technologie, avec un exploit scientifique majeur : un ordinateur quantique a généré des nombres véritablement aléatoires, marquant une première dans le monde de la recherche.
Le concept de nombres aléatoires
Avant d'entrer dans le vif du sujet, il est important de comprendre ce que l'on entend par "nombres aléatoires". En théorie, un nombre aléatoire est un nombre qui ne suit aucun modèle prévisible. Les générateurs de nombres aléatoires classiques, utilisés dans des domaines comme les simulations informatiques, les jeux de hasard, ou encore la cryptographie, reposent sur des algorithmes qui, bien que très efficaces, restent déterministes. En d'autres termes, même si un générateur de nombres semble aléatoire, il est en réalité basé sur une séquence initiale (appelée "graine") et pourrait être reproduit si l'on connaît cette graine.
Cela contraste avec ce que l'on entend par « véritablement aléatoire », un concept qui ne peut pas être prédictible, même avec une connaissance complète des conditions de départ. C'est là que l'informatique quantique entre en jeu.
Théorie du hasard certifié
La capacité à créer un caractère aléatoire qui peut réellement être prouvé est appelée « caractère aléatoire certifié » et représente bien plus qu'un exercice mathématique ésotérique et époustouflant. Elle peut, en théorie, rendre le chiffrement beaucoup plus sûr ou garantir que des processus tels que la sélection d'un jury sont réellement équitables.
Il s'avère qu'une telle certification est aussi délicate que la génération d'un nombre aléatoire. Il faut prouver que l'ordinateur qui vérifie le caractère aléatoire est véritablement un tiers indépendant.
L'exploit scientifique : générer des nombres véritablement aléatoires
Une équipe de chercheurs de JPMorganChase, Quantinuum, Argonne National Laboratory, Oak Ridge National Laboratory et l'Université du Texas à Austin a franchi une étape critique pour l'industrie en démontrant une application potentielle d'un ordinateur quantique. Le groupe a réalisé la première démonstration réussie d'un nouveau protocole d'informatique quantique pour générer du hasard certifié. Les chercheurs ont tiré parti d'une tâche conçue à l'origine pour démontrer l'avantage quantique, appelée Random Circuit Sampling (RCS). Cette technique s'appuie essentiellement sur l'informatique quantique (qui fonctionne selon des règles différentes de celles des méthodes informatiques classiques) qui, d'une manière ou d'une autre, produit plus de données aléatoires qu'elle ne peut en absorber. Cette tâche est irréalisable par l'informatique classique.
« Le principal défi pour tout client recevant des données aléatoires d'un fournisseur tiers, tel qu'un module de sécurité matériel, est de vérifier que les bits reçus sont réellement aléatoires et fraîchement générés », selon l'article.
L'informaticien Rajeeb Hazra, président-directeur général de Quantinuum, estime qu'il s'agit d'une « étape cruciale qui fait entrer l'informatique quantique de plain-pied dans le domaine des applications pratiques du monde réel ».
Il y a plusieurs années, les informaticiens Scott Aaronson et Shih-Han Hung, de l'université du Texas à Austin, ont proposé un moyen de générer des bits aléatoires certifiés sur la base d'un échantillonnage aléatoire de circuits - une méthode permettant de tester la capacité d'un dispositif à tirer le maximum de magie quantique de ses qubits avec le minimum de bricolage classique.
« Lorsque j'ai proposé pour la première fois mon protocole d'aléatoire certifié en 2018, je n'avais aucune idée du temps qu'il faudrait attendre pour en voir une démonstration expérimentale », déclare Aaronson. « S'appuyer sur le protocole original et le réaliser est une première étape vers l'utilisation d'ordinateurs quantiques pour générer des bits aléatoires certifiés pour des applications cryptographiques réelles. »
Lorsque nous lançons des dés, choisissons une carte ou pensons à un nombre compris entre un et un milliard, nos actions sont une combinaison d'innombrables règles, chacune étant aussi fondamentalement fiable et prévisible que l'oscillation d'un pendule. Même les phénomènes chaotiques tels que le tourbillon de cire dans un mur de lampes à lave sont - en théorie - prévus par la thermodynamique.
Aussi complexe que ce réseau de règles puisse paraître, le fait que chacune d'entre elles soit prédéterminée par la physique pour obtenir un résultat unique laisse place à des schémas qui pourraient être exploités par un ordinateur suffisamment intelligent. Ce n'est pas ce que vous souhaitez lorsque vous préférez que vos cryptages soient impossibles à déchiffrer ou que votre paladin demi-elfe de Donjons et Dragons ait un score de charisme vraiment aléatoire.
La physique quantique obéit à des règles différentes, avec son propre générateur de nombres aléatoires intégré qui détermine les propriétés d'une particule.
L'informatique quantique à l'épreuve
La recherche s'est déroulée en deux étapes. Tout d'abord, l'équipe a généré des circuits aléatoires et les a envoyés à un ordinateur quantique distant non fiable via l'internet, selon un communiqué de presse. Il a ensuite été demandé à cet ordinateur de renvoyer les échantillons correspondants. Ce va-et-vient a été si rapide qu'il n'a pu être reproduit même par le superordinateur conventionnel le plus rapide (c'est-à-dire non quantique).
Quelle a été sa rapidité ? La sortie a effectué plus d'un million de billions d'opérations par seconde, ce qui est très, très rapide.
Pour certifier que le nombre généré était vraiment aléatoire, les chercheurs ont demandé à un superordinateur non quantique de le deviner. Il s'est avéré que le superordinateur n'était pas à la hauteur de la tâche. Par conséquent, le résultat pouvait effectivement être certifié comme étant véritablement aléatoire.
« Ce travail marque une étape importante dans l'informatique quantique, en démontrant une solution à un défi du monde réel en utilisant un ordinateur quantique au-delà des capacités des superordinateurs classiques actuels », a déclaré dans un communiqué de presse Marco Pistoia, informaticien chez JPMorganChase et l'un des auteurs de l'étude. « Ce développement de Certified Randomness ne montre pas seulement les progrès du matériel quantique, mais il sera vital pour la recherche, l'échantillonnage statistique, les simulations numériques et la cryptographie ».
En d'autres termes, le nombre généré par l'équipe grâce à son ordinateur quantique était vraiment aléatoire.
Implications et applications
Cette avancée a des implications considérables pour plusieurs domaines. Tout d'abord, dans le domaine de la cryptographie, la capacité à générer des nombres véritablement aléatoires représente une amélioration significative de la sécurité des systèmes de chiffrement. Les méthodes de cryptographie actuelles reposent sur des clés générées de manière pseudo-aléatoire. Si un générateur de nombres aléatoires quantiques est utilisé, cela pourrait rendre les attaques par force brute ou les méthodes de déchiffrement par calcul des séquences beaucoup plus difficiles, voire impossibles.
En outre, cette technologie pourrait également améliorer les simulations scientifiques. Par exemple, dans les modèles qui nécessitent des éléments d'aléa, comme les simulations météorologiques ou les études des systèmes complexes, des nombres véritablement aléatoires pourraient rendre les résultats plus fiables et plus proches de la réalité.
Les chercheurs voient également dans cette découverte un pas de plus vers la création de systèmes quantiques hybrides capables de résoudre des problèmes que les ordinateurs classiques ne peuvent pas aborder efficacement. L'intersection de l'informatique quantique et de la génération de nombres aléatoires pourrait mener à des applications encore inconnues dans des domaines allant de l'intelligence artificielle à la recherche fondamentale.
Les défis restants
Malgré ces avancées impressionnantes, plusieurs défis demeurent pour rendre cette technologie accessible à grande échelle. Les ordinateurs quantiques actuels sont encore dans une phase expérimentale et nécessitent des conditions extrêmement contrôlées, telles que des températures proches du zéro absolu. De plus, la mise en œuvre pratique de cette technologie dans des systèmes utilisés quotidiennement par des utilisateurs reste un défi majeur.
Cependant, cet exploit scientifique représente une étape cruciale pour surmonter ces obstacles et élargir les horizons de ce que l'informatique quantique peut accomplir.
Conclusion
La génération de nombres véritablement aléatoires par un ordinateur quantique n'est pas seulement une avancée technique, mais une preuve supplémentaire du potentiel immense de l'informatique quantique. Alors que nous continuons à explorer et à comprendre les applications de cette technologie de rupture, il est clair que cette découverte pourrait ouvrir de nouvelles portes dans des domaines aussi divers que la cryptographie, la simulation scientifique, et la recherche fondamentale. Avec chaque nouvelle percée, nous nous rapprochons de la réalisation du véritable potentiel des ordinateurs quantiques, et de la transformation des technologies informatiques de manière plus profonde et révolutionnaire que jamais.
Sources : JP Morgan, Nature
Et vous ?
Quels sont les défis techniques majeurs auxquels les chercheurs font face pour rendre l'informatique quantique accessible au grand public ?
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Envoyé par abgech
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