VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
16 CHAPITRE 1. MÉMOIRE QUANTIQUE
les lois d’évolution puissent être mises en correspondance avec celles du système quantique
simulé ? Il se trouve qu’un système classique même probabiliste est nécessairement local (dans
le sens où l’évolution d’une sous-partie de A ce système ne dépend que de l’état de A et celui
de son voisinage) et à ce titre ne pourra jamais simuler le phénomène d’intrication.
Il n’y a donc pas de correspondance informatique possible entre les systèmes quantiques et
classiques. Plus encore : soulignant que le système quantique contient des spécificités impossibles
à formuler en termes d’informations classiques, Feynman laisse à penser qu’un calculateur
comportant des élements quantiques — on parle de calcul quantique — pourrait être
plus puissant qu’un ordinateur classique et qu’un traitement quantique des données ouvrirait
de nouvelles voies prometteuses.
Une brêche s’ouvre effectivement en 1984 dans le domaine de la cryptographie : en exploitant
une spécificité quantique, le principe d’incertitude de Heisenberg, Bennett et Bassard
[1] proposent un protocole de protection des données en transmission (et un second assurant
l’honnêteté de deux joueurs lors d’une partie de pile ou face à distance). Ils suggèrent l’utilisation
de photons uniques comme support physique d’information binaire. Plus précisément
dans ce codage quantique, la valeur à transmettre est représentée par l’état de polarisation du
photon 2 . Les lois quantiques sont telles que l’information que l’on peut extraire d’un photon
reçu n’a de sens que si elle est associée à la mesure réalisée, en particulier dans ce protocole
il n’existe qu’une façon correcte de mesurer le photon reçu, c’est à dire de choisir sa base de
projection des polarisations, toutes les autres donnant nécessairement des résultats entachés
d’incertitude. Si seul l’expéditeur connaît la base, le destinataire (ou un espion en ligne) fait
statistiquement une fois sur deux le mauvais choix de base, sans pouvoir différencier les cas.
Une fois la transmission achevée, l’expéditeur et le destinataire publient leur série de bases
utilisées et déterminent ainsi la série de valeurs qu’ils sont sûrs de partager. La confidentialité
de ce message est assurée au sens où une écoute indiscrète introduit des erreurs statistiques
facilement détectables, et ce quelle que soit la puissance de calcul détenue par un espion en
ligne. De plus, ces erreurs peuvent être corrigées en utilisant des algorithmes classiques [16]
ou quantiques [17], appelés procédures d’amplification de confidentialité.
D’autres protocoles assurant la confidentialité des transmissions ont été proposés [18], [19],
[20] et la première mise en oeuvre expérimentale, qui utilise des impulsions lumineuses
atténuées, date de 1992 [21]. Depuis les performances des implémentations ont été améliorées
(pour un large panaroma de la cryptographie, voir [22]) et elles ont été suffisamment intéressantes
en terme de sécurité, débit et portée de la communication pour que des appareils commerciaux
soient mis sur le marché 3 . Dans ces technologies, le débit quantique est typiquement de
1 koctet/sec. pour une portée d’environ 100 km, ce qui a convaincu la confédération helvétique
d’utiliser cette solution pour transférer le résultat des élections fédérales en 1997.
En 1997 précisément une nouvelle avancée, cette fois dans le domaine du calcul quantique,
est accomplie par Shor [2]. Il publie le premier algorithme quantique capable de résoudre de
manière satisfaisante deux problèmes difficilement accessibles par les meilleurs algorithmes
2 Il ne s’agit pas là de la première proposition de codage quantique : Wiesner suggère dès 1970 (dans
un article publié 13 ans plus tard [15]) de protéger les billets de banque de la falsification grâce à des
spins intégrés au papier et dont la combinaison était seule connue de l’émetteur monétaire. Ces spins
sont eux aussi placés dans des états mesurés correctement dans une seule base (ce qu’il appelle les
bases conjuguées), de sorte qu’il est très probable qu’un faux-monnayeur se trompe en la mesurant.
3 idQuantique, MagiQ, SmartQuantum,SeQureNet