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Nicolas Cerf, physicien, Service de théorie de l'information et des communications (ULB)

Vous êtes physicien et vous intéressez aux TIC : à quel titre ?
Comme 200 à 300 chercheurs dans le monde, je m'interroge sur la manière d'analyser, d'exploiter les procédés de codage et de transmission de l'information lorsque celle-ci se trouve sur un support microscopique. Pour ce faire, nous avons recours à la physique quantique. Aujourd'hui, les supports d'information que nous utilisons sont des supports macroscopiques, obéissant aux lois de la physique classique : chaque bit d'information stocké sur un disque d'ordinateur implique une multitude d'atomes, chaque impulsion lumineuse parcourant une fibre optique contient un grand nombre de photons. On peut cependant s'interroger : chaque atome ou chaque photon pris individuellement pourrait-il servir de support à un élément d'information ? Pour répondre à cette question, la physique quantique, soit la physique à l'échelle microscopique des atomes, nous est utile.

Que nous apprennent les lois de la physique quantique dans ce cadre ?
Un principe-clef est celui de la non-duplicabilité d'un bit quantique ou q-bit. Aujourd'hui, l'information est une suite de bits, exprimés sous forme de 0 ou 1, que nous pouvons copier sur une disquette, un CD-Rom… En revanche, les lois de la physique quantique nous interdisent de copier ces bits lorsqu'on se place à l'échelle microscopique, en d'autres mots, lorsqu'il s'agit de q-bits. Cette propriété originale pourrait trouver des applications intéressantes en matière de cryptage de l'information.

La cryptographie existe déjà aujourd'hui par exemple pour sécuriser les paiements via le réseau internet. Non ?
Effectivement, nous cryptons déjà aujourd'hui l'information numérique mais ce cryptage repose sur certains algorithmes particuliers : on peut imaginer qu'un ordinateur particulièrement puissant, partvienne un jour à casser ces algorithmes. Et surtout cette forme de cryptage est uniquement pragmatique : elle ne repose pas sur une thèse démontrée rigoureusement et elle pourrait donc montrer ses limites à un moment ou l'autre. En revanche, si nous parvenons à crypter l'information en recourant à la physique quantique, nous courons un seul risque : qu'un jour, la physique quantique soit détronée par une nouvelle théorie, mais c'est peu probable.

Le cryptage quantique est-il pour demain ?
Nous avons encore beaucoup de problèmes à résoudre et sommes encore loin d'une application commerciale de la cryptographie quantique : les débits sont actuellement trop faibles, et surtout, la portée est trop limitée. Toute information transmise classique ou quantique, rencontre le même écueil : au-delà d'une certaine distance, elle s'atténue. C'est pourquoi, lorsqu'une impulsion est transmise par fibre optique de l'Europe aux Etats-Unis, elle doit passer régulièrement par un répétiteur qui réamplifiera le signal et lui permettra d'être toujours perceptible à l'arrivée. Dans le cas des q-bits, nous ne pouvons pas utiliser de tels répétiteurs car ils jouent en réalité le rôle d'espions. Au bout d'un certain moment, le signal émis va donc s'atténuer. En dépit de cette difficulté, la cryptographie quantique est déjà une réalité expérimentale, testée dans plusieurs laboratoires dans le monde. Les groupes les plus avancés sont parvenus à envoyer des photons individuellement sur une distance de plus de 50km, et l'on pourrait imaginer aller jusqu'à 100km même si 1000km semble aujourd'hui irréaliste.

De nombreux chercheurs se préoccupent néanmoins des implications de la physique quantique sur l'information ?
Oui, nous sommes nombreux dans les universités et centres de recherche privés à nous y intéresser et cela suite aux travaux pionniers de quelques chercheurs américains en particulier chez IBM. L'ULB participe actuellement à plusieurs programmes européens liés à ces questions. Notre approche est essentiellement théorique : nous essayons de mieux comprendre le concept d'information quantique avant même d'envisager l'exploitation de la cryptographie quantique. Nous nous intéressons notamment au principe d'intrication quantique : alors que l'information classique est locale, c'est-à-dire que la lecture d'un bit en un point est indépendante d'autres bits situés ailleurs dans l'espace; en revanche, deux q-bits peuvent être corrélés de manière quantique, c'est-à-dire que toute l'information sur l'état de la paire est répartie sur les deux q-bits de sorte que ces deux q-bits semblent s'influencer mutuellement. Cette propriété est intéressante à comprendre et exploiter. Elle est par exemple à la base de ce que l'on appelle la téléportation quantique.

Pour en savoir plus:
Conférence de Nicolas Cerf et Yves Roggeman, le mardi 26 mars 2002 (14 heures): Information, transmission et sécurité : de l'artithmétique aux quanta. Conférence à l'attention des classes de l'enseignement secondaire.
Informations et réservation: 071 600 300 ou ccs@ulb.ac.be

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