Au cours de la dernière décennie, la programmation informatique a évolué régulièrement et a atteint le domaine quantique, produisant des dispositifs hallucinants qui promettent des niveaux de puissance impensables.

En 2020, par exemple, des scientifiques chinois ont exploité un ordinateur quantique pour exécuter un problème mathématique qui aurait pris 2,5 milliards d’années à un superordinateur typique pour le résoudre. La machine quantique l’a résolu en 200 secondes.

Mais le battage médiatique va bien au-delà des calculs de super-héros. L’informatique quantique a le potentiel de transformer la façon dont nous interagissons avec la nature.

Il pourrait accélérer la découverte de médicaments en passer au crible les structures moléculaires, un exploit qu’IBM s’est associé à la Cleveland Clinic pour explorer. Cela pourrait renforcer la sécurité Internet vers une quasi-impraticabilité, attirant l’attention du département américain de l’énergie. Même les entreprises manufacturières, telles que le géant automobile BMW, sont entrées dans le jeu quantique car elles pourraient perfectionner la science des matériaux et réécrire le cadre de l’intelligence artificielle.

Nous pourrions être au bord d’une révolution quantique où les scientifiques peuvent développer des médicaments à des vitesses record, prédire le temps avec une certitude incroyable et découvrir de nouveaux angles sur la physique.

Il y a un hic, cependant.

Les prototypes d’ordinateurs quantiques fonctionnent encore à des échelles relativement petites. Les qubits, les unités de base de la version quantique du langage informatique, sont le moteur de la puissance d’un PC quantique. La plupart des processeurs quantiques actuels dépassent quelques dizaines de qubits, et le plus gros processeur, construit par IBM, se situe actuellement à 127 qubits. Ces chiffres sont loin d’être suffisants pour des percées quantiques.

Mais qu’en serait-il ? Pour tenter de juger de l’état actuel de la chronologie quantique, Mark Webber, architecte quantique de la startup anglaise Universal Quantum, et son équipe ont calculé la quantité de qubits dont on aurait théoriquement besoin pour pirater le formidable système de sécurité utilisé par bitcoinsla monnaie numérique décentralisée qui a été un investissement volatil, a attiré l’attention d’Elon Musk et devenir le symbole d’une révolution imminente de la finance.

Réponse courte? Plusieurs millions de plus que le simple processeur 127 qubit d’IBM éclairant la voie.

La faiblesse quantique de Bitcoin

Le système de sécurité de Bitcoin est considéré comme ultra-sécurisé contre les ordinateurs classiques, c’est pourquoi il offre un excellent moyen d’évaluer la puissance de calcul quantique. C’est très complexe, mais voici ce que vous devez savoir pour nos besoins.

Chaque fois qu’une transaction est effectuée, deux choses importantes se produisent.

Une clé publique, accessible à tous, et une clé privée sécurisée, visible uniquement par le dépensier, sont générées. Cette combinaison de touches est ensuite « écrite » numériquement sur un registre de transactions monétaires au sein du système, c’est-à-dire une blockchain.

Après cela, la transaction se bloque en quelque sorte, empêchant ainsi quiconque de faire quoi que ce soit avec les fonds associés. Mais il y a un revers de la médaille : « Lorsque quelqu’un effectue une transaction en bitcoin, elle est annoncée au monde entier, mais elle n’est pas complètement sécurisée tant qu’elle n’a pas été intégrée à la blockchain », a déclaré Webber.

Autrement dit, entre la déclaration publique d’une transaction et l’intégration, il y a une fenêtre de vulnérabilité. Dans cette fenêtre, les fonds peuvent, techniquement, être manipulés. Je dis techniquement parce que cela nécessiterait des algorithmes si complexes que même les superordinateurs les plus puissants n’ont pas assez de puissance de calcul pour les exécuter – et vous pouvez oublier les humains qui tentent de le faire manuellement. Les ordinateurs quantiques peuvent, éventuellement.

« Si vous aviez un ordinateur quantique et qu’il pouvait fonctionner assez rapidement, vous pourriez théoriquement l’appliquer aux transactions de manière routinière pour rediriger [them] à une adresse différente, par exemple », a déclaré Webber.

Bien que le stade approximatif général de la fenêtre varie de 10 minutes à une journée, Webber dit que sa finitude en fait un test particulièrement bon pour « Nous avons un temps d’exécution souhaité, de combien de qubits avons-nous besoin ? »

Mais avant d’aller plus loin, discutons de l’origine de toute cette puissance qubit. C’est grâce à deux caractéristiques quantiques éblouissantes que vous ne croirez pas n’être pas de la science-fiction : la superposition et l’intrication.

Voyage rapide au pays des qubits

Supposons que je lance une pièce sur une table et que je demande : « Est-ce que c’est pile ou face ? » Vous diriez probablement, « Quoi? » car ma question n’a pas beaucoup de sens. Avant que la pièce ne se dépose sur un côté, elle existe essentiellement comme les deux options simultanément. Pensez à cette pièce vertigineuse comme étant dans une « superposition ».

Si vous interrompez sa superposition pour examiner son destin — c’est-à-dire, faites en sorte que la pièce s’arrête de tourner — vous ne pouvez pas ramener l’état exact des limbes. Une fois que vous cassez la superposition, elle est brisée pour toujours.

Modifions maintenant le cas pour inclure deux pièces qui tournent l’une à côté de l’autre. Cette fois, j’ai une condition : si la pièce A tombe sur face, la pièce B le sera également. Ces pièces sont désormais interdépendantes, pour ainsi dire. La superposition de chaque pièce est « enchevêtrée » dans celle de l’autre.

Ajustements à la superposition de la pièce A instantanément affectent les pièces B. Même si seule la pièce A s’arrête de tourner, par exemple, vous acquérez des connaissances sur la pièce B – brisant ainsi sa superposition également. Cela sonnerait vrai même si les pièces se trouvaient aux extrémités opposées de l’univers.

OK, vous pensez probablement : ces analogies dépendent en quelque sorte de l’esprit de l’observateur. Vous avez raison. Mais c’est parce que nous parlons de pièces de monnaie. Avec des particules quantiques comme les électrons et les photons, ces choses se produisent vraiment, physiquement.

En revenant à l’informatique quantique, la superposition détermine l’état d’un bit. Les bits classiques existent en tant que 0 ou 1, mais les qubits, constitués de particules quantiques, peuvent être en superposition – 0 et 1 en même temps. Plus important encore, ils récupèrent les données alors qu’ils sont encore dans cet état.

Comme vous pouvez l’imaginer, les qubits parcourent les calculs à des vitesses insondables, testant plusieurs itérations simultanément et s’emmêler avec d’autres qubits pour transmettre des informations instantanément. C’est l’essentiel.

Pour le contexte, les ordinateurs quantiques Google et IBM répartissent uniformément les qubits sur une grille, en utilisant ce qu’on appelle du matériel quantique supraconducteur. Les qubits adjacents peuvent s’entremêler pour communiquer des informations. La société de Webber se concentre sur le matériel ionique piégé, qui permet aux qubits de se déplacer librement et de collaborer n’importe où sur une grille. Quoi qu’il en soit, plus de qubits équivaut à une puissance de calcul exponentielle.

Mais combien de ces qubits doivent se synchroniser pour profiter de la fenêtre de vulnérabilité de Bitcoin ?

Défi accepté : pirater le bitcoin

Voici ce que nous savons jusqu’à présent : les transactions Bitcoin ont une fenêtre pendant laquelle elles sont vulnérables aux ordinateurs quantiques, mais pas aux ordinateurs classiques et certainement pas aux personnes. En effet, les systèmes quantiques sont remplis de qubits, tirant et effectuant des calculs à des vitesses que le cerveau humain peut à peine comprendre.

À l’aide de recherches externes, Webber a expliqué combien de qubits sont nécessaires pour pénétrer dans cette fenêtre, révélant des estimations solides. Mais rappelez-vous la délicatesse des qubits. Si quelque chose ne va pas dans un ordinateur quantique, la superposition est interrompue et tout les précieuses données quantiques peuvent être perdues à jamais. Et les choses tournent mal.

Pour éviter ce désastre, les programmeurs quantiques font quelque chose d’assez intuitif. Ils utilisent simplement plus de qubits. C’est ce qu’on appelle la correction d’erreur quantique.

Économisant pour simplifier, ils lancent une armée de qubits à chaque calcul pour augmenter les chances de données correctes. Par exemple, si 9/10 qubits offraient la même solution, il serait prudent de dire que c’est correct.

« Pour avoir un qubit logique d’assez haute qualité – ce n’est pas parfait, mais c’est bien – c’est quelque chose comme 1 000 qubits physiques pour un », a déclaré Webber. Ainsi, il a multiplié son estimation initiale par 1 000 pour obtenir une réponse finale.

Bingo, il faudrait environ 317 millions de qubits pour pirater le bitcoin en une heure. Si vous regardez une fenêtre de 10 minutes, « ce serait juste un plus grand nombre », a-t-il déclaré. « Probablement six fois plus. » Cela mettrait le nombre de qubits dans les milliards. Nous ne sommes même pas encore proches de ce point.

« Si vous voulez le casser plus lentement », a ajouté Webber, « cela nécessite globalement moins de qubits – donc quelque chose comme 13 millions pour le casser en une journée. »

Webber n’est pas le seul à penser à la façon dont l’informatique quantique pourrait contourner la sécurité des crypto-monnaies. Le National Institute of Standards and Technology des États-Unis, par exemple, est à la recherche d’algorithmes de cryptographie à l’épreuve des quanta pour assurer la sécurité de la crypto-monnaie, tandis que la Fondation Ethereum étudie les notions de résistance quantique.

Bien que nous ayons encore du chemin à parcourir avant d’arriver à un piratage quantique du bitcoin, Webber exhorte à réfléchir aux avancées maintenant : « Regardez la transition de l’informatique classique des tubes à vide de 10 bits, ou du nombre qu’ils avaient au début, vers les extrêmes que nous avons maintenant.

« L’informatique quantique traversera sûrement une transition similaire. »