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Une équipe de scientifiques russo-américaine présente le premier ordinateur quantique à 51 qubits
Il dépasse largement les prototypes précédents

Le , par Christian Olivier

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8  0 
La 4e Conférence internationale sur les technologies quantiques qui s’est tenue à Moscou pendant le mois de juillet a réuni plus de 100 experts de différents domaines de la physique étudiant les technologies quantiques. Elle a été organisée par le Centre Quantum russe. Au cours de cet événement, le cofondateur du Russian Quantum Center, Mikhail Lukin, a présenté le premier ordinateur quantique de 51 qubits au monde. Cet ordinateur a été développé par une équipe internationale composée de scientifiques russes et américains (de l’Université Harvard) sous la direction de Mikhail Lukin.


Un ordinateur quantique utilise les propriétés quantiques de la matière, telles que la superposition et l’intrication afin d’effectuer des opérations sur des données. Les ordinateurs quantiques fonctionnent sur des bits quantiques ou qubits que l’on considère comme l’unité d’information quantique, ce que le bit est pour l’ordinateur classique. L’état quantique des qubits peut posséder plusieurs valeurs. En théorie, les performances de calcul d’un ordinateur quantique augmentent de façon exponentielle à mesure que le nombre de qubits pouvant être manipulés croit.

Actuellement, on distingue principalement deux types de systèmes informatiques quantiques (SIQ) : les SIQ classiques et les SIQ adiabatiques. Les partisans de l’approche favorable aux SIQ classiques cherchent à mettre au point un ordinateur quantique « ;universel ;», dont les qubits peuvent être traités en utilisant les mêmes principes qui ont fait leurs preuves avec des dispositifs numériques conventionnels. Les promoteurs de l’approche favorable aux SIQ adiabatiques cherchent à mettre au point un ordinateur quantique dont le fonctionnement se rapproche des ordinateurs analogiques du milieu du siècle passé (1940-1970), qui nécessite la création d’algorithmes bien spécifiques. Un calculateur analogique permet d'effectuer toutes les opérations en parallèle. Les ordinateurs analogiques ont été spécifiquement conçus pour résoudre des systèmes d'équations différentielles et travailler sur des variables continues.

À titre d’exemple, les équipes de Google conduites par le chercheur John Martinis, travailleraient sur un ordinateur quantique universel hybride qui permettrait de combiner les capacités d’un SIQ classique avec celle d’un SIQ adiabatique. Toutefois, les résultats des travaux de Lukin et de son équipe ont dépassé ceux qui sont financés par la filiale d’Alphabet ou par l’autre géant technologique américain, IBM. Google, par exemple, s’est fixé l’objectif très ambitieux de construire, avant la fin de l’année 2017, un ordinateur quantique composé de 49 qubits. Mais ce dernier devrait être moins performant et en retard sur celui qui a été développé par l’équipe de Lukin.

Mikhail Lukin et son équipe ont créé et testé une machine quantique exploitant un algorithme spécial que l’on peut considérer comme pleinement fonctionnelle qui utilise des circuits supraconducteurs. Ils s’en sont servi pour résoudre avec succès plusieurs problèmes de physique qui sont extrêmement difficiles à résoudre même en utilisant des superordinateurs traditionnels à titre de tests. Ce faisant, l’équipe de chercheurs russes et américains s’est clairement positionnée comme le leader actuel de la course à l’ordinateur quantique viable qui sera en mesure de supplanter les systèmes informatiques traditionnels à base de puce de silicium.

Pour réaliser cette prouesse technologique, l’équipe de Lukin a développé un procédé non conventionnel basé sur les atomes froids. Cette nouvelle technique mise au point par l’équipe de scientifiques russo-américaine consiste à stocker un ensemble d’atomes à l’intérieur de « ;cellules ;» laser spéciales tout en les maintenant à des températures extrêmement basses. Ces atomes peuvent ensuite être utilisés comme qubits. Cette méthode leur a permis de créer l’ordinateur quantique le plus puissant au monde. Lukin et son équipe envisagent désormais de poursuivre leurs expériences avec leur ordinateur quantique en le testant avec de nouveaux algorithmes comme celui de Shor, qui permet le piratage de la plupart des systèmes de chiffrement existants basés sur le RSA.


Source : EdgyLabs

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Voir aussi

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Google veut livrer ses ordinateurs quantiques sous forme de services de cloud computing et encourage le développement d'applications dédiées

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Avatar de Shepard
Membre éprouvé https://www.developpez.com
Le 31/08/2017 à 12:47
Citation Envoyé par Christian Olivier Voir le message
[...]l’équipe de scientifiques russo-américaine[...]

[...]qui permet le piratage de la plupart des systèmes de chiffrement existants basés sur le RSA.
Je pense avoir compris comment ils ont eu leur financement de recherche
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Avatar de abriotde
Membre expérimenté https://www.developpez.com
Le 31/08/2017 à 13:50
Les nombres rsa actuels utilisés en cryptographie sont au moins de 1024bits, j'ai l'impression qu'il manque quand même quelques poignées de qbits pour que cet ordinateur quantique puisse factoriser ces nombres (à usage cryptographique) en une seconde.
J'ai encore jamais vu de processeur traditionnel en silicium de 1024 bits et pourtant on utilise RSA. Et pour écrire un livre de 1000 pages il faut 1000 bras? On peux largement manipuler un nombre aussi grand soit t'il quelque soit le nombre de bits (en dessous de 4 bits c'est peut être compliquer ). La seul condition c'est d'avoir un espace mémoire un poil supérieur à la taille du nombre (en théorie 1 bit de plus suffit). La seul chose qui change avec le nombre de bits, c'est la vitesse de calculs.
5  1 
Avatar de Asmodan
Membre actif https://www.developpez.com
Le 31/08/2017 à 11:13
C'est prometteur et ouvre beaucoup de perspectives !
3  0 
Avatar de 23JFK
Membre expérimenté https://www.developpez.com
Le 31/08/2017 à 21:16
Même en considérant qu'à chaque bit ajouté, le temps de factorisation double, un ordinateur quantique de 51 qbits devrait encore mettre de l'ordre du millier d'année pour réaliser une telle factorisation à supposer que l'on puisse les employer de la même manière qu'un ordinateur classique, ce qui n'est pas le cas puisqu'un ordinateur quantique dépend autant de son architecture physique que de l'algorithme qu'il fait tourner, en fait le hardware devient le software et, l'algorithme de shor ne faisant pas de miracle, un ordinateur quantique ne peuvant pas produire de solution partielle, pour casser une clé de 1024 bits il faudra obligatoirement disposer de 1024 qbits pour ce que j'ai compris de cette techno puisque le qbit fait également office de ram et qu'il faudra 1024 bits(ou qbits) pour contenir la solution d'une factorisation d'un nombre de 1024 bits.
3  0 
Avatar de xurei
Membre averti https://www.developpez.com
Le 01/09/2017 à 10:08
Citation Envoyé par 23JFK Voir le message
Même en considérant qu'à chaque bit ajouté, le temps de factorisation double, un ordinateur quantique de 51 qbits devrait encore mettre de l'ordre du millier d'année pour réaliser une telle factorisation à supposer que l'on puisse les employer de la même manière qu'un ordinateur classique, ce qui n'est pas le cas puisqu'un ordinateur quantique dépend autant de son architecture physique que de l'algorithme qu'il fait tourner, en fait le hardware devient le software et, l'algorithme de shor ne faisant pas de miracle, un ordinateur quantique ne peuvant pas produire de solution partielle, pour casser une clé de 1024 bits il faudra obligatoirement disposer de 1024 qbits pour ce que j'ai compris de cette techno puisque le qbit fait également office de ram et qu'il faudra 1024 bits(ou qbits) pour contenir la solution d'une factorisation d'un nombre de 1024 bits.
J'ai la même intuition que 23JFK. Et c'est visiblement même pire que ça :
https://security.stackexchange.com/q...antum-computer

If large quantum computers can be built, then RSA ciphers become useless. It is estimated that 2048-bit RSA keys could be broken on a quantum computer comprising 4,000 qubits and 100 million gates. Experts speculate that quantum computers of this size may be available within the next 20-30 years.
On a de la marge
3  0 
Avatar de Uther
Expert éminent sénior https://www.developpez.com
Le 31/08/2017 à 14:31
Citation Envoyé par 23JFK Voir le message
Les nombres rsa actuels utilisés en cryptographie sont au moins de 1024bits, j'ai l'impression qu'il manque quand même quelques poignées de qbits pour que cet ordinateur quantique puisse factoriser ces nombres (à usage cryptographique) en une seconde.
Heu attention de ne pas simplifier trop le problème. Il ne faut pas forcément 1024 qubit pour casser une clé RSA de 1024 bit. Le problème est beaucoup plus complexe que ça.

De ce que j'avais lu, on estime qu'un ordinateur quantique qui fonctionne bien avec entre 50 et 60 qubit devrait en être capable.
2  0 
Avatar de pascaldm
Membre habitué https://www.developpez.com
Le 07/09/2017 à 15:46
Aujourd’hui il faut environ 12 qubits pour factoriser le nombre 15, des chercheurs du MIT et de l'Université d'Innsbruck ont trouvé un moyen de réduire le nombre de qubits nécessaires en utilisant des impulsions laser pour maintenir les atomes dans un piège à ions et stabiliser le système quantique.

Un ordinateur quantique est une menace pour les systèmes cryptographiques asymétriques comme RSA (factorisation) ou Diffie-Hellman (logarithme discret). Par exemple, l’ordinateur quantique permettra de factoriser rapidement le produit de 2 grands nombres premiers avec l’algorithme de Shor pour casser une clef privée RSA. Peter Shor du MIT a mis au point un algorithme quantique capable de calculer les facteurs premiers d'un grand nombre de façon efficiente.

Pour effectuer des calculs quantiques, il reste quand même à résoudre le problème de la « décohérence » dû à l'état de superposition qui est très instable. En théorie, l'implémentation de l’algorithme de Shor pose encore des problèmes immenses. Il faut déjà réaliser le calcul avec un faible nombre de qubits mais utilisable également sur un système de plus grande taille et cela en restant insensible au problème de décohérence.

D’un point de vue théorique, l'algorithme de Shor peut donc casser RSA en temps polynomial. Cependant, d'un point de vue pratique, pour casser une clef privée RSA de 1024 bits il est estimé qu’il faudrait, a priori, un ordinateur quantique de 300 000 qubits. Cela laisse encore quelques décennies de marge pour le cyber-espionnage étatique et davantage pour le domaine civil.

Aujourd’hui, les recommandations (ANSSI, NIST) de clefs RSA sont a minima de 2048 bits et vont croissante dans le temps pour préserver les données sensibles contre ces nouvelles menaces.

L’ordinateur quantique sera beaucoup moins performant avec la complexité exponentielle des algorithmes cryptographiques symétriques comme AES. L'algorithme de Lov Grover divisera par deux la robustesse d'une telle clef (ou le temps de recouvrement). Par exemple, une clef AES de 128 bits aura une résistance de 64 bits ce qui est déjà trop faible aujourd’hui. Ainsi, les recommandations des agences nationales exigent d’utiliser dès aujourd’hui des clefs de 256 bits pour préserver les cryptosystème symétriques vis à vis de la menace des ordinateurs quantiques.
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Avatar de captaindidou
Inactif https://www.developpez.com
Le 31/08/2017 à 20:43
A moins de doter le web public de la cryptologie quantique, cela va remettre en cause l'économie 2.0.

Est-ce que le routage en onion pourrait se substituer à la vulnérabilité de la cryptologie mathématique ?
Je suis perplexe.
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Avatar de abriotde
Membre expérimenté https://www.developpez.com
Le 01/09/2017 à 14:15
Citation Envoyé par xurei Voir le message
comprising 4,000 qubits and 100 million gates
4 000 to 100 millions de portes et non de QBit. En fait aujourd'hui on sais casser des clé RSA mais c'est compliquer et long avec un supercalculateur donc pas rentable. Avec un ordinateur quantique c'est juste beaucoup plus rapide et théoriquement un ordinateur de plus de 1024 bits casserait un clef de même de manière instantanée. Cela ne veux pas dire que l'on ne peux pas le faire avec 1 de 52 qbit. Qui plus est ici on parle d'un futur ordinateur de peut-être plus de 100 qbit et peut-être d'ici 10 ans.

Mais de toute façon quand bien même il serait là avant de pouvoir le faire massivement sur des Peta octet de données d'internet on en est très très loin.

Cela reste une technique de gouvernement et les gouvernement ont d'autres technique plus simple que de casser les clefs RSA (l'espionnage par infection viral entre autre).
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Avatar de 23JFK
Membre expérimenté https://www.developpez.com
Le 01/09/2017 à 14:34
Citation Envoyé par abriotde Voir le message
4 000 to 100 millions de portes et non de QBit... .
Le texte dit "4000 qbits et 100 millions de portes logiques", et non de "4000 à 100 millions de portes" uniquement (d'ailleurs ce serait une vaste plage et en tant qu'expert, il vaudrait alors mieux ne rien dire). Par ailleurs, il faut des qbits et des portes logiques pour pouvoir stocker et traiter une information, l'un sans l'autre ne constituant pas un calculateur.
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