Il y a un mois, j’ai terminé la lecture de Quantum Computing: From Alice to Bob (Alice Flarend et Robert Hilborn, Oxford University Press), un excellent ouvrage d’introduction au monde de l’informatique quantique.
Mon intérêt pour la physique quantique remonte à mes années d’études, lorsqu’un documentaire remarquable sur la physique de l’infiniment petit a éveillé ma curiosité. Il a développé en moi une fascination pour ce nouveau domaine que je découvrais : l’incertitude, l’impossible qui devient possible à petite échelle. J’avais particulièrement aimé les illustrations de la relativité des réalités selon l’observateur.
Plus tard, pendant mes années dans la sécurité informatique et la blockchain, j’ai de nouveau été amené à reconsidérer l’informatique quantique : les ordinateurs quantiques sont en effet censés être bien plus performants pour casser des technologies de chiffrement aujourd’hui considérées comme les plus sûres. Cette curiosité m’a poussé à aller au-delà de mes connaissances d’amateur en physique quantique pour m’intéresser à l’informatique quantique proprement dite.
Pourquoi connaître les fondements quand on est ingénieur
Après cette lecture, j’ai compris qu’il est important, pour tout ingénieur ou chercheur en informatique, de maîtriser les bases de l’informatique quantique, et ce pour deux raisons :
- ne rien en savoir, et donc manquer de discernement face au sujet ;
- n’en avoir que des connaissances dispersées, glanées ici et là (y compris via l’IA), et avoir du mal à innover réellement dans ce domaine.
Les ordinateurs quantiques offrent de grandes opportunités sur certains problèmes précis, mais les amateurs vont souvent trop vite en annonçant tous les fantasmes tirés des films ou des discours marketing.
Pour un ingénieur, connaître l’outil que l’on utilise est essentiel. J’ai par exemple une connaissance approfondie des mathématiques appliquées à l’informatique — le binaire, la logique booléenne, puis les mathématiques discrètes — qui sous-tendent tous les outils que nous manipulons au quotidien. L’informatique quantique mérite la même rigueur.
Dans ce livre, j’ai (re)découvert des qubits clairement expliqués, la construction de portes comme le CNOT ou la porte de Hadamard, ainsi que les concepts de superposition et d’intrication, parmi bien d’autres notions utiles à connaître.
L’urgence de la cryptographie post-quantique
C’est probablement l’enjeu le plus concret à court terme. Le NIST a finalisé en août 2024 ses premiers standards de cryptographie post-quantique, et les calendriers officiels se précisent : selon le NIST, des algorithmes comme RSA-2048 et les courbes elliptiques (ECC) doivent être dépréciés d’ici 2030 et totalement abandonnés d’ici 2035 ; la suite CNSA 2.0 de la NSA vise, elle aussi, une migration complète des systèmes de sécurité nationale d’ici 2035. On peut donc s’attendre à une adoption rapide des algorithmes post-quantiques déjà disponibles.
Il faut toutefois distinguer plusieurs familles, souvent confondues :
- Kyber, désormais standardisé sous le nom ML-KEM (FIPS 203), est un mécanisme d’encapsulation de clé post-quantique ;
- SHA-3 est une fonction de hachage ; à elle seule, ce n’est pas un « chiffrement post-quantique », mais les fonctions de hachage robustes servent de base aux signatures hash-based et restent résistantes au quantique ;
- les STARKs sont des systèmes de preuve à divulgation nulle de connaissance qui reposent justement sur le hachage, et sont donc eux aussi considérés comme post-quantiques.
Pourquoi cette urgence ? Parce que l’algorithme de Shor permet de résoudre efficacement le problème de la factorisation des grands nombres (et celui du logarithme discret). Or ce sont précisément ces problèmes — réputés très difficiles pour un ordinateur classique — qui garantissent la sécurité de la cryptographie asymétrique (à clé publique) comme RSA ou ECC : toute la difficulté consiste à retrouver la clé privée à partir de la clé publique. Un ordinateur quantique suffisamment puissant rendrait cette tâche faisable.
Une précision importante, souvent mal comprise : Shor casse la cryptographie asymétrique, pas la cryptographie symétrique. Le chiffrement symétrique (AES, par exemple) n’est que modérément affaibli par l’algorithme de Grover, et il suffit de doubler la taille de la clé — d’où la recommandation d’AES-256 — pour s’en prémunir. Pour un ingénieur qui souhaite améliorer ou implémenter ces algorithmes, comprendre les fondements de l’informatique quantique n’est donc pas un luxe.
Une opportunité pour les algorithmes de consensus
Le théorème de non-clonage — l’impossibilité de copier un état quantique inconnu — me semble ouvrir une véritable opportunité pour les algorithmes de consensus.
Ces dernières années, j’ai travaillé sur SoloSafe, un système permettant de transférer des actifs hors ligne, sans recourir à un consensus entre les acteurs comme le font les blockchains actuelles. Aujourd’hui, les blockchains établissent la confiance en garantissant la crédibilité des transactions via des algorithmes de consensus (BFT, Hashgraph, etc.). Or ces mécanismes ne permettent pas, par exemple, d’envoyer de l’argent d’un téléphone à un autre aussi simplement qu’une photo par AirDrop : il faut toujours un serveur central ou des nœuds décentralisés pour attester de l’existence et de la propriété des actifs.
Le non-clonage des qubits change la donne : puisqu’un état quantique ne peut être dupliqué, il devient envisageable de concevoir des « jetons » impossibles à dépenser deux fois, et donc des mécanismes de confiance hautement sécurisés directement on the edge, sans tiers de confiance.
Cette idée n’est d’ailleurs pas nouvelle sur le plan théorique : c’est le concept de quantum money, proposé par Stephen Wiesner dès la fin des années 1960. Le principal obstacle reste aujourd’hui pratique — les états quantiques se décohèrent très vite et sont difficiles à stocker ou à transmettre — mais c’est précisément là que se trouvent, à mon sens, de belles pistes de recherche.
Continuer à apprendre
L’informatique quantique présente beaucoup d’opportunités, et c’est le bon moment pour l’embrasser pleinement, que ce soit dans l’apprentissage ou dans la recherche. Pour ma part, je poursuis de nouvelles formations sur Coursera, je me forme à Qiskit, et je continue d’explorer les structures mathématiques qui resteront, j’en suis convaincu, passionnantes et utiles dans les années à venir.
Une opportunité pour la RD Congo et les investisseurs : Mbuji-Mayi, la ville quantique
En tant que Congolais, je ne peux ignorer une dimension qui touche directement mon pays. La RD Congo regorge de matières premières et attire aujourd’hui l’attention de nombreux pays pour ses minerais stratégiques de la transition écologique et des technologies du XXIᵉ siècle : cobalt, cuivre, uranium, etc.
Dans son dernier chapitre, le livre évoque certains matériaux utiles à la fabrication d’ordinateurs quantiques. De fait, plusieurs entreprises et start-up explorent aujourd’hui différentes approches : ions piégés, centres NV (lacunes d’azote) dans le diamant, qubits photoniques, atomes neutres, points quantiques (quantum dots) et qubits topologiques. Tous ces procédés reposent sur des matières premières. Si le diamant, par exemple, venait à confirmer son potentiel, cela représenterait un avantage immense pour la région du Kasaï, riche en diamant, comme cela a boosté Kolwezi pour le Cobalt. D’autres matériaux entrent aussi en jeu, comme le sélénium et le cadmium (le séléniure de cadmium est utilisé dans certains points quantiques) ainsi que divers semi-conducteurs.
Il nous faut continuer d’investir dans les technologies du futur, non pour subir les marchés de demain, mais pour en être des acteurs.
