Quels risques les ordinateurs quantiques poseront-ils en termes de cybersécurité ?

Considérée comme la prochaine grande révolution technologique, l’informatique quantique soulève déjà de vives inquiétudes en termes de cybersécurité. D’ici une dizaine d’années, les capacités des ordinateurs quantiques seront telles qu’ils devraient être capables de décoder les clés de chiffrement les plus complexes en seulement quelques heures. Concrètement, cela signifie que tous les dispositifs de sécurité actuels pour les transactions bancaires, la confidentialité des communications en ligne ou la protection des données pourraient devenir obsolètes.

Les géants de l'industrie numérique Google, IBM, Intel, Microsoft, Amazon ou encore Alibaba investissent des sommes colossales dans le développement des premiers ordinateurs quantiques. Pionnier dans le domaine, IBM affirme que dans les vingt prochaines années, cette technologie permettra de réaliser des avancées spectaculaires dans les domaines de la science, la médecine, la finance, la conquête spatiale, etc. Cette technologie exploite les lois de la mécanique quantique pour traiter les informations et résoudre des problèmes d’une complexité algorithmique exponentielle. Les ordinateurs quantiques constituent des machines d'un nouveau genre tirant parti des propriétés physiques de la matière à l'échelle de l'atome.

Les ordinateurs traditionnels sont programmés avec des bits ne pouvant avoir qu’une seule valeur de 0 ou de 1. Concrètement, chaque coeur ne peut faire qu’un seul calcul à la fois. Pour résoudre des problèmes de variables multiples, ils doivent traiter les résultats les uns après les autres autant de fois que nécessaire. Les ordinateurs quantiques utilisent quant à eux des bits quantiques (appelés qubits) ayant une infinité d’états 0 ou 1 pouvant se superposer. Contrairement aux ordinateurs classiques, les systèmes quantiques sont capables de réaliser une multitude de calculs mathématiques en parallèle très rapidement et en une seule étape. À terme, ils devraient potentiellement permettre de résoudre des problèmes très complexes insolvables pour les supercalculateurs actuels les plus puissants.

Anticiper les problèmes de cybersécurité

Les performances des ordinateurs quantiques sont sans commune mesure avec celles des supercalculateurs. En 2018, Google a annoncé avoir développé un processeur quantique de 72 qubits le plus puissant jamais conçu. Grâce à cette machine, le géant du web dit avoir déjà atteint la suprématie quantique en réalisant en seulement 3 minutes un calcul qui aurait nécessité plus de 10 000 années avec les systèmes actuels. De son côté, IBM donne accès depuis 2016 à une quinzaine de ses ordinateurs quantiques Q Systems via une plateforme cloud. L’entreprise vient de surcroît d’installer son premier ordinateur quantique en dehors des États-Unis près de Stuttgart en Allemagne.

Comme les premiers ordinateurs de l’histoire, les ordinateurs quantiques sont pour le moment d’énormes machines remplies de câbles et devant être utilisées dans des salles isolées à très faible température. Malgré l’engouement autour de cette technologie et les milliards de dollars d’investissement déjà réalisés pour la développer, il reste de nombreux défis techniques à relever pour qu'elle soit vraiment au point. L’un d’entre eux est de réussir à stabiliser l’état quantique des qubits qui perdent très vite leurs propriétés lorsqu’ils interagissent avec leur environnement (champ magnétique, changement de température, lumière...), mais aussi entre eux.

À cause de l’instabilité des qubits, les machines quantiques ne peuvent traiter des algorithmes que durant un laps de temps très court. Ce phénomène appelé la décohérence constitue le principal frein au développement des ordinateurs quantiques, car il génère d’importantes erreurs de calcul. Augmenter le nombre de qubits des ordinateurs quantiques constitue l’un des autres challenges à surmonter, car plus il est élevé, plus le système devient incontrôlable. Pour pouvoir exploiter un jour tout le potentiel de ces machines, les scientifiques doivent enfin repenser complètement leur approche de l’informatique traditionnelle en développant de nouveaux algorithmes adaptés à l’informatique quantique.

Les enjeux pour la cybersécurité

Grâce à une puissance de calculs phénoménale, les ordinateurs quantiques devraient permettre à terme de résoudre des problèmes très complexes à variables multiples dans de nombreux secteurs. Ils pourraient permettre par exemple de développer de nouveaux vaccins en un temps record, découvrir de nouveaux matériaux, faire de nouvelles percées scientifiques, etc. Outre les géants de la high-tech, de nombreux autres acteurs tels que Honeywell, D-Wave Solutions, Atos, NTT ou encore Toshiba se sont lancés dans la quête de l’informatique quantique. Sans oublier les gouvernements des États-Unis, de la Chine et de l’Europe qui dépensent des sommes colossales dans l’espoir d’acquérir un avantage stratégique et concurrentiel dans ce domaine.

Bien que l’on ne soit qu’aux prémices de l’informatique quantique, son potentiel est tel qu’elle soulève déjà de nombreuses inquiétudes. Elle constitue à la fois une opportunité et une menace. Comme on l’a vu avec l’intelligence artificielle ou le machine learning, l’informatique quantique pourrait aussi être utilisée à mauvais escient. La puissance de calcul décuplée des ordinateurs quantiques constituerait un énorme atout pour aider les pirates informatiques à concevoir de nouvelles formes d’attaques sophistiquées. Les attaques par déni de service qui nécessitent d’énormes puissances de calcul deviendraient par exemple beaucoup plus simples à exécuter avec des technologies quantiques.

La sécurité post-quantique

La protection des données repose aujourd’hui essentiellement sur le chiffrement. Or il ne faudrait théoriquement que quelques heures à un ordinateur quantique pour casser une clé standard cryptographique de 2 048 bits considérée actuellement comme inviolable. Les mécanismes de protection des systèmes de communication numérique, des transactions sur Internet, des signatures numériques, des mots de passe, des contrats et autres documents sensibles deviendraient obsolètes. De même les cartes bancaires, les pièces d’identité biométriques, ou encore les terminaux mobiles ne seraient plus sécurisés si les ordinateurs quantiques venaient à se démocratiser. Ces derniers ne sont toutefois pas encore assez puissants et stables pour pouvoir déjouer les méthodes de chiffrement.

Les experts estiment qu’il faudrait une puissance comprise entre 1 000 et 4 000 qubits parfaitement stables pour déchiffrer une clé de sécurité. Pour l’heure, les ordinateurs quantiques ne comptent que quelques dizaines de qubits et sont encore très loin d'être fiables… Malgré cela, les menaces sont d'ores et déjà bien réelles, car des cyberattaquants pourraient subtiliser des données sensibles chiffrées aujourd’hui pour pouvoir les déchiffrer dans quelques années à l’aide d’un ordinateur quantique. Il est donc impératif de développer d’une part de nouveaux systèmes de protection contre les attaques quantiques et d’autre part de nouvelles méthodes cryptographiques capables de résister à l’informatique quantique. La course à la sécurité quantique est lancée…