Les ordinateurs quantiques n’auraient besoin que de 10 000 qubits pour briser certains des algorithmes de chiffrement les plus utilisés aujourd’hui, au lieu du million précédemment estimé, selon une étude. Cette réévaluation s’expliquerait notamment par les avancées significatives en matière de correction d’erreurs et par la fiabilité croissante des ordinateurs quantiques à atomes neutres, qui présentent certains avantages par rapport aux systèmes à qubits supraconducteurs conventionnels.
Il est largement admis que les ordinateurs quantiques sont capables de résoudre des problèmes qui prendraient des millions d’années à leurs homologues classiques. Ils exploitent, pour certains types de calculs, des propriétés comme la superposition et l’intrication quantiques.
Leur capacité à exécuter efficacement l’algorithme de Shor constitue l’un des exemples les plus emblématiques de ce potentiel. Créé en 1994 par le mathématicien Peter Shor, cet algorithme permet de factoriser efficacement de grands nombres. S’il reste hors de portée des supercalculateurs classiques, il est à la base de la sécurité du chiffrement à clé publique RSA, largement utilisé dans de nombreux systèmes critiques.
Compte tenu de sa complexité, l’algorithme de Shor est devenu une référence pour évaluer les performances du calcul quantique à grande échelle. Toutefois, les qubits sont intrinsèquement sujets aux erreurs, et l’on estimait jusqu’ici qu’au moins un million d’entre eux étaient nécessaires pour exécuter cet algorithme dans des conditions fiables. À ce jour, les systèmes les plus avancés ne comptent que quelques centaines de qubits.
Une étude récente, publiée sur le serveur de prépublication arXiv — et donc non encore évaluée par les pairs — suggère cependant que ce seuil pourrait être nettement revu à la baisse. En cause : les progrès réalisés dans les techniques de correction d’erreurs et l’usage de qubits fondés sur des atomes neutres.
« Bien que des défis d’ingénierie importants subsistent, notre analyse théorique indique qu’une architecture d’atomes neutres correctement conçue pourrait permettre le calcul quantique à des échelles pertinentes en cryptographie », écrivent les chercheurs. « Plus largement, ces résultats soulignent le potentiel des atomes neutres pour le calcul quantique tolérant aux pannes, avec de nombreuses applications scientifiques et technologiques. »
Le tournant discret de la correction d’erreurs
La méthode standard pour réduire les taux d’erreur consiste à regrouper des qubits physiques en qubits logiques. De cette manière, si l’un des qubits physiques subit une panne, les données peuvent être prises en charge par les autres, permettant aux calculs de se poursuivre sans interruption. Les techniques de correction d’erreurs quantiques visent ainsi à concevoir des systèmes moins sensibles aux perturbations.
Les ordinateurs quantiques à atomes neutres comprennent des qubits constitués d’atomes individuels électriquement neutres — tels que le rubidium, le césium ou l’ytterbium — maintenus en suspension par des faisceaux laser focalisés, appelés « pinces optiques », et refroidis à des températures proches du zéro absolu.
« Des expériences récentes sur des atomes neutres ont démontré des opérations universelles tolérantes aux pannes en dessous du seuil de correction d’erreurs, des calculs sur des réseaux de centaines de qubits et des réseaux de piégeage avec plus de 6 000 qubits hautement cohérents », notent les scientifiques.
Les dispositifs actuels ont ainsi démontré un fonctionnement « en dessous du seuil » : une fois la correction d’erreurs appliquée, l’augmentation du nombre de qubits entraîne une diminution exponentielle du taux d’erreur. À l’inverse, en l’absence de telles techniques, les erreurs tendent à croître avec la taille du système.
Vers une remise en cause des standards cryptographiques
Afin d’évaluer dans quelle mesure les techniques de correction d’erreurs peuvent permettre de briser les systèmes cryptographiques existants, l’équipe a examiné trois cas : l’algorithme de Shor, le schéma de cryptographie à courbe elliptique ECC-256 — largement utilisé pour sécuriser le trafic Internet et les cryptomonnaies — et le RSA-2048, omniprésent dans la sécurisation des communications (HTTPS, VPN, e-mails).
Selon leurs résultats, en l’absence de correction d’erreurs, un ordinateur quantique nécessiterait environ un million de qubits pour briser RSA en une semaine, tandis que l’ECC pourrait être compromis avec 500 000 qubits en quelques dizaines de minutes. En revanche, avec des qubits d’atomes neutres reconfigurables, environ 10 000 qubits suffiraient pour exécuter l’algorithme de Shor.
Plus précisément, entre 10 000 et 26 000 qubits seraient nécessaires pour décrypter ECC-256 en dix jours, et entre 11 000 et 14 000 qubits pour casser RSA-2048 en moins de trois ans. Des architectures parallèles totalisant environ 102 000 qubits permettraient, quant à elles, de réduire ce délai à 97 jours pour RSA-2048.
Ces résultats suggèrent que les ordinateurs quantiques pourraient ne pas avoir besoin d’être aussi puissants qu’on le pensait pour compromettre les systèmes de chiffrement actuels. Ils renforcent la nécessité d’anticiper une transition vers la cryptographie post-quantique.
« Cette conclusion souligne l’importance des efforts continus déployés pour faire évoluer les systèmes cryptographiques largement utilisés vers des normes post-quantiques conçues pour résister aux attaques quantiques », écrivent les chercheurs. Des ingénieurs de Google ont d’ailleurs récemment estimé que cette transition pourrait devoir s’opérer dans un délai d’environ trois ans.
