Une équipe de chercheurs de l’Université de Waterloo a réalisé une percée en informatique quantique qui contourne élégamment le problème fondamental du « non-clonage ».
L’informatique quantique est une frontière technologique passionnante, où l’information est stockée et traitée dans de minuscules unités — appelées qubits. Les qubits peuvent être stockés, par exemple, dans des électrons individuels, des photons (particules de lumière), des atomes, des ions ou de minuscules courants.
Les universités, l’industrie et les gouvernements du monde entier dépensent des milliards de dollars pour perfectionner la technologie de contrôle de ces qubits afin de les combiner en de grands ordinateurs quantiques fiables. Cette technologie aura des applications puissantes, notamment en cybersécurité, science des matériaux, recherche médicale et optimisation.
« Cette percée permettra le stockage cloud quantique, comme un Dropbox quantique, un Google Drive quantique ou un STACKIT quantique, qui stocke de manière sûre et sécurisée la même information quantique sur plusieurs serveurs, comme une sauvegarde redondante et chiffrée », explique le Dr Achim Kempf, titulaire de la chaire Dieter Schwarz pour la physique de l’information et l’IA au département de mathématiques appliquées de Waterloo. « C’est une étape importante pour permettre la construction de l’infrastructure de calcul quantique. »
« Le calcul quantique a un potentiel immense, en particulier pour résoudre des problèmes très difficiles, mais il présente également des défis uniques. L’un des problèmes les plus difficiles auxquels est confronté le calcul quantique est le théorème du non-clonage, qui stipule que l’information quantique ne peut pas être copiée, du moins pas directement. Cela est dû à la manière délicate dont l’information quantique est stockée. »
Kempf, également associé à l’Institut d’informatique quantique de Waterloo et membre associé de l’Institut Périmètre, explique en outre que l’information quantique fonctionne un peu comme diviser un mot de passe. Si vous avez la première moitié du mot de passe et qu’un ami a la seconde moitié, aucun de vous ne peut l’utiliser seul — mais si vous mettez vos deux moitiés ensemble, vous obtenez le mot de passe précieux.
Dans un sens similaire, les qubits sont spéciaux car ils peuvent partager des informations d’une manière qui croît à mesure que vous les combinez. Un seul qubit ne contient pas grand-chose par lui-même, mais lorsque les qubits sont liés entre eux, ils peuvent stocker une énorme quantité d’informations qui n’apparaît que lorsqu’ils sont connectés. Cette capacité unique à détenir des informations partagées sur plusieurs qubits s’appelle l’intrication quantique.
Kempf explique que 100 qubits peuvent partager des informations de 2^100 manières simultanément. Cela leur permet de partager tellement d’informations intriquées que tous les ordinateurs classiques d’aujourd’hui ne pourraient pas les stocker.
Malgré tout le potentiel du calcul quantique, le théorème du non-clonage limite son applicabilité. En effet, contrairement à l’informatique classique, où la copie d’informations — pour le partage et les sauvegardes — est un outil très couramment utilisé, il n’y a pas de simple copier-coller en informatique quantique.
« Nous avons trouvé un contournement du théorème du non-clonage de l’information quantique », explique le Dr Koji Yamaguchi, qui a co-découvert la nouvelle méthode avec Kempf alors qu’il était chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Kempf et qui est maintenant professeur assistant de recherche à l’Université de Kyushu.
« Il s’avère que si nous chiffrons l’information quantique lors de sa copie, nous pouvons en faire autant de copies que nous le souhaitons. Cette méthode est capable de contourner le théorème du non-clonage car après avoir choisi et déchiffré l’une des copies chiffrées, la clé de déchiffrement expire automatiquement, c’est-à-dire que la clé de déchiffrement est à usage unique. Mais même une clé à usage unique permet des applications importantes, telles que des services cloud quantiques redondants et chiffrés ».
Cette percée renforce le leadership mondial de Waterloo en science quantique et en commercialisation. L’Institut d’informatique quantique est internationalement reconnu pour associer une recherche fondamentale de premier plan à un fort soutien à la commercialisation — une approche qui a déjà aidé à lancer plus de 23 startups quantiques transformant la détection, la sécurité et le calcul.
Journal : Physical Review Letters – Lien vers l’étude : « Les qubits chiffrés peuvent être clonés »
Source : Waterloo U.
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