Voici le scénario :vous avez des données sensibles et un problème que seul un ordinateur quantique peut résoudre. Vous n'avez pas d'appareils quantiques vous-même. Vous pourriez gagner du temps sur un ordinateur quantique, mais vous ne voulez pas dévoiler vos secrets. Que pouvez-vous faire?

Écrire dans Examen physique X le 11 juillet, des chercheurs de Singapour et d'Australie proposent un moyen d'utiliser un ordinateur quantique en toute sécurité, même sur Internet. La technique pourrait cacher à la fois vos données et votre programme à l'ordinateur lui-même. Leur travail contredit les indices antérieurs qu'un tel exploit est impossible.

Le scénario n'est pas tiré par les cheveux. Les ordinateurs quantiques promettent de nouvelles voies pour résoudre les problèmes de cryptographie, modélisation et apprentissage automatique, excitant le gouvernement et l'industrie. De tels problèmes peuvent impliquer des données confidentielles ou être commercialement sensibles.

Les géants de la technologie investissent déjà dans la construction de tels ordinateurs et les mettent à la disposition des utilisateurs. Par exemple, IBM a annoncé le 17 mai dernier qu'il rendait un ordinateur quantique à 16 bits quantiques accessible gratuitement au public sur le cloud, ainsi qu'un prototype de processeur commercial de 17 qubits.

Dix-sept qubits ne suffisent pas pour surpasser les supercalculateurs actuels du monde, mais comme les ordinateurs quantiques gagnent des qubits, on s'attend à ce qu'ils dépassent les capacités de n'importe quelle machine que nous avons aujourd'hui. Cela devrait stimuler la demande d'accès.

"Nous examinons ce qui est possible si vous êtes quelqu'un qui interagit simplement avec un ordinateur quantique sur Internet à partir de votre ordinateur portable. Nous constatons qu'il est possible de cacher certains calculs intéressants, " dit Joseph Fitzsimons, chercheur principal au Center for Quantum Technologies (CQT) de l'Université nationale de Singapour et professeur agrégé à l'Université de technologie et de design de Singapour (SUTD), qui a dirigé les travaux.

Les ordinateurs quantiques fonctionnent en traitant des bits d'information stockés dans des états quantiques. Contrairement aux bits binaires trouvés dans notre routine (c'est-à-dire, ordinateurs classiques), chacun un 0 ou 1, les qubits peuvent être en superposition de 0 et 1. Les qubits peuvent aussi être intriqués, qui est considéré comme crucial pour la puissance d'un ordinateur quantique.

Le schéma conçu par Fitzsimons et ses collègues apporte le secret à une forme d'informatique quantique pilotée par des mesures.

Dans ce schéma, l'ordinateur quantique est préparé en mettant tous ses qubits dans un type spécial d'état intriqué. Ensuite, le calcul est effectué en mesurant les qubits un par un. L'utilisateur fournit des instructions étape par étape pour chaque mesure :les étapes encodent à la fois les données d'entrée et le programme.

Des chercheurs ont déjà montré que les utilisateurs capables de créer ou de mesurer des qubits pour transmettre des instructions à l'ordinateur quantique pouvaient déguiser leur calcul. Le nouveau document étend ce pouvoir aux utilisateurs qui ne peuvent envoyer que des bits classiques - c'est-à-dire la plupart d'entre nous, pour l'instant.

Ceci est surprenant car certains théorèmes informatiques impliquent que le calcul quantique crypté est impossible lorsque seule la communication classique est disponible.

L'espoir de sécurité vient du fait que l'ordinateur quantique ne sait pas quelles étapes de la séquence de mesure font quoi. L'ordinateur quantique ne peut pas dire quels qubits ont été utilisés pour les entrées, qui pour les opérations et qui pour les sorties.

"C'est extrêmement excitant. Vous pouvez utiliser cette fonctionnalité unique du modèle basé sur la mesure de l'informatique quantique - la façon dont les informations circulent dans l'état - comme un outil de chiffrement pour cacher des informations au serveur, " dit Tommaso Demarie, membre de l'équipe de CQT et SUTD.

Bien que le propriétaire de l'ordinateur quantique puisse essayer de désosser la séquence de mesures effectuées, l'ambiguïté sur le rôle de chaque étape conduit à de nombreuses interprétations possibles du calcul qui a été fait. Le vrai calcul est caché parmi les nombreux, comme une aiguille dans une botte de foin.

L'ensemble des interprétations croît rapidement avec le nombre de qubits. "L'ensemble de tous les calculs possibles est exponentiellement grand - c'est l'une des choses que nous prouvons dans l'article - et donc la chance de deviner le vrai calcul est exponentiellement petite, " dit Fitzsimons. Une question demeure :les calculs significatifs pourraient-ils être si rares parmi tous les possibles que les devinettes deviennent plus faciles ? C'est ce que les chercheurs doivent vérifier ensuite.

Nicolas Menicucci au Center for Quantum Computation and Communication Technology de l'Université RMIT de Melbourne, Australie, et Atul Mantri au SUTD, sont co-auteurs de l'ouvrage.

"Les ordinateurs quantiques sont devenus célèbres dans les années 90 avec la découverte qu'ils pouvaient briser certains schémas de cryptographie classiques, mais peut-être que l'informatique quantique sera plutôt connue pour sécuriser l'avenir du cloud computing, " dit Mantri.