Le cloud computing quantique sécurisé grâce à une nouvelle avancée à Oxford

Les entreprises se rapprochent encore davantage du cloud computing quantique, grâce à une avancée majeure en matière de sécurité et de confidentialité réalisée par des scientifiques de l’Université d’Oxford.

Les chercheurs ont utilisé une approche baptisée informatique quantique aveugle pour connecter deux entités informatiques quantiques (Figure A); cela simule la situation dans laquelle un employé à la maison ou au bureau se connecte à distance à un serveur quantique via le cloud. Avec cette méthode, le fournisseur de serveur quantique n’a pas besoin de connaître les détails du calcul pour que celui-ci soit effectué, ce qui garantit la sécurité du travail propriétaire de l’utilisateur. L’utilisateur peut également facilement vérifier l’authenticité de son résultat, confirmant qu’il n’est ni erroné ni corrompu.

Figure A

Assurer la sécurité et la confidentialité des calculs quantiques est l’un des obstacles les plus importants qui ont freiné jusqu’à présent cette puissante technologie. Ces travaux pourraient donc conduire à son entrée dans le courant dominant.

Bien qu’ils n’aient été testés qu’à petite échelle, les chercheurs affirment que leur expérience a le potentiel d’être étendue à de grands calculs quantiques. Des dispositifs plug-in pourraient être développés pour protéger les données des travailleurs lorsqu’ils accèdent aux services de cloud computing quantique.

Le professeur David Lucas, co-responsable de l’équipe de recherche en physique de l’Université d’Oxford, a déclaré dans un communiqué de presse : « Nous avons montré pour la première fois que l’informatique quantique dans le cloud est accessible de manière évolutive et pratique, ce qui offrira également aux utilisateurs une sécurité et confidentialité des données, ainsi que la possibilité de vérifier leur authenticité.

Qu’est-ce que le cloud computing quantique ?

Les ordinateurs classiques traitent les informations sous forme de bits binaires représentés par des 1 et des 0, mais les ordinateurs quantiques le font en utilisant des bits quantiques, ou qubits. Les qubits existent à la fois sous la forme d’un 1 et d’un 0, mais avec une probabilité d’être l’un ou l’autre qui est déterminée par leur état quantique. Cette propriété permet aux ordinateurs quantiques d’effectuer certains calculs beaucoup plus rapidement que les ordinateurs classiques, car ils peuvent résoudre des problèmes simultanément.

Le cloud computing quantique est l’endroit où les ressources quantiques sont fournies aux utilisateurs à distance via Internet ; cela permet à quiconque d’utiliser l’informatique quantique sans avoir besoin de matériel ou d’expertise spécialisé.

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Pourquoi l’informatique quantique aveugle est-elle plus sécurisée ?

Avec le cloud computing quantique typique, l’utilisateur doit divulguer le problème qu’il tente de résoudre au fournisseur de cloud ; en effet, l’infrastructure du fournisseur doit comprendre les spécificités du problème afin de pouvoir allouer les ressources et les paramètres d’exécution appropriés. Naturellement, dans le cas d’un travail propriétaire, cela pose un problème de sécurité.

Ce risque de sécurité est minimisé avec la méthode de calcul quantique aveugle car l’utilisateur contrôle lui-même à distance le processeur quantique du serveur pendant un calcul. Les informations nécessaires à la sécurité des données, telles que les détails d’entrée, de sortie et algorithmiques, doivent uniquement être connues du client, car le serveur ne prend aucune décision avec celles-ci.

Jamais dans l’histoire les questions liées à la confidentialité des données et du code n’ont été débattues avec autant d’urgence qu’à l’ère actuelle du cloud computing et de l’intelligence artificielle, a déclaré le professeur Lucas dans le communiqué de presse.

À mesure que les ordinateurs quantiques deviennent plus performants, les utilisateurs chercheront à les utiliser en toute sécurité et confidentialité sur les réseaux, et nos nouveaux résultats marquent un changement radical dans leurs capacités à cet égard.

Comment fonctionne le cloud computing quantique aveugle ?

Le cloud computing quantique aveugle nécessite la connexion d’un ordinateur client capable de détecter des photons, ou des particules de lumière, à un serveur d’informatique quantique avec un câble à fibre optique (Figure B). Le serveur génère des photons uniques, qui sont envoyés via le réseau fibre et reçus par le client.

Figure B

Le client mesure ensuite la polarisation, ou l’orientation, des photons, ce qui lui indique comment manipuler le serveur à distance de manière à produire le calcul souhaité. Cela peut être fait sans que le serveur ait besoin d’accéder à des informations sur le calcul, ce qui le rend sécurisé.

Pour fournir une assurance supplémentaire que les résultats du calcul ne sont pas erronés ou n’ont pas été falsifiés, des tests supplémentaires peuvent être entrepris. Bien que la falsification ne nuise pas à la sécurité des données dans un calcul quantique aveugle, elle pourrait néanmoins corrompre le résultat et laisser le client inconscient.

Les lois de la mécanique quantique ne permettent pas la copie d’informations et toute tentative d’observer l’état de la mémoire par le serveur ou par une écoute indiscrète corromptrait le calcul, a expliqué le Dr Peter Drmota, responsable de l’étude, à TechRepublic dans un e-mail. Dans ce cas, l’utilisateur remarquerait que le serveur ne fonctionne pas fidèlement, en utilisant une fonctionnalité appelée vérification, et abandonnerait l’utilisation de son service en cas de doute.

Puisque le serveur est aveugle au calcul, c’est-à-dire qu’il n’est pas capable de distinguer différents calculs, le client peut évaluer la fiabilité du serveur en exécutant des tests simples dont les résultats peuvent être facilement vérifiés.

Ces tests peuvent être entrelacés avec le calcul réel jusqu’à ce qu’il y ait suffisamment de preuves que le serveur fonctionne correctement et que les résultats du calcul réel soient fiables. De cette façon, les erreurs honnêtes ainsi que les tentatives malveillantes de falsification du calcul peuvent être détectées par le client.

Figure C

Qu’ont découvert les chercheurs grâce à leur expérience aveugle de cloud computing quantique ?

Les chercheurs ont découvert que les calculs produits par leur méthode pouvaient être vérifiés de manière robuste et fiable, selon l’article. Cela signifie que le client peut être sûr que les résultats n’ont pas été falsifiés. Il est également évolutif, car le nombre d’éléments quantiques manipulés pour effectuer des calculs peut être augmenté sans augmenter le nombre de qubits physiques dans le serveur et sans modifications du matériel client, ont écrit les scientifiques.

Le Dr Drmota a déclaré dans le communiqué de presse : Grâce à l’informatique quantique aveugle, les clients peuvent accéder à des ordinateurs quantiques distants pour traiter des données confidentielles avec des algorithmes secrets et même vérifier que les résultats sont corrects, sans révéler aucune information utile. La réalisation de ce concept constitue un grand pas en avant à la fois dans l’informatique quantique et dans la protection de nos informations en ligne.

La recherche a été financée par le UK Quantum Computing and Simulation Hub, une collaboration de 17 universités soutenues par des organisations commerciales et gouvernementales. Il s’agit de l’un des quatre pôles de technologie quantique du programme national britannique sur les technologies quantiques.

Quel impact l’informatique quantique pourrait-elle avoir sur les entreprises ?

L’informatique quantique est bien plus puissante que l’informatique conventionnelle et pourrait révolutionner notre façon de travailler si elle réussit à sortir de la phase de recherche. Les exemples incluent la résolution de problèmes de chaîne d’approvisionnement, l’optimisation des itinéraires et la sécurisation des communications.

En février, le gouvernement britannique a annoncé un investissement de 45 millions de dollars (57 millions de dollars) dans l’informatique quantique ; l’argent servira à trouver des utilisations pratiques de l’informatique quantique et à créer une économie quantique d’ici 2033. En mars, l’informatique quantique a été mise en avant dans la Déclaration ministérielle, les pays du G7 acceptant de travailler ensemble pour promouvoir le développement des technologies quantiques et favoriser la collaboration. entre le monde universitaire et l’industrie. Ce mois-ci, le deuxième ordinateur quantique commercial du Royaume-Uni a été mis en ligne.

En raison des besoins importants en énergie et en réfrigération, très peu d’ordinateurs quantiques sont actuellement disponibles dans le commerce. Cependant, plusieurs grands fournisseurs de cloud proposent ce que l’on appelle le quantum en tant que service aux entreprises clientes et aux chercheurs. Google Cirq, par exemple, est une plateforme informatique quantique open source, tandis qu’Amazon Braket permet aux utilisateurs de tester leurs algorithmes sur un simulateur quantique local. IBM, Microsoft et Alibaba proposent également des offres quantiques en tant que service.

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Mais avant que l’informatique quantique puisse être étendue et utilisée pour des applications professionnelles, il est impératif de s’assurer que cela peut être réalisé tout en préservant la confidentialité et la sécurité des données des clients. C’est ce que les chercheurs de l’Université d’Oxford espéraient réaliser dans leur nouvelle étude, publiée dans Physical Review Letters.

Le Dr Drmota a déclaré à TechRepublic dans un e-mail : De solides garanties de sécurité abaisseront les obstacles à l’utilisation de puissants services de cloud computing quantique, une fois disponibles, pour accélérer le développement de nouvelles technologies, telles que les batteries et les médicaments, et pour les applications impliquant des données hautement confidentielles. , comme les informations médicales privées, la propriété intellectuelle et la défense. Ces applications existent également sans sécurité supplémentaire, mais seraient moins susceptibles d’être utilisées aussi largement.

L’informatique quantique a le potentiel d’améliorer considérablement l’apprentissage automatique. Cela stimulerait le développement d’une intelligence artificielle meilleure et plus adaptée, dont nous constatons déjà l’impact sur les entreprises de tous les secteurs.

Il est concevable que l’informatique quantique ait un impact sur nos vies dans les cinq à dix prochaines années, mais il est difficile de prévoir la nature exacte des innovations à venir. Je m’attends à un processus d’adaptation continu à mesure que les utilisateurs commencent à apprendre à utiliser ce nouvel outil et à l’appliquer à leur travail, de la même manière que l’IA devient progressivement plus pertinente sur le lieu de travail traditionnel.

Nos recherches reposent actuellement sur des hypothèses assez générales, mais à mesure que les entreprises commencent à explorer le potentiel de l’informatique quantique pour elles, des exigences plus spécifiques émergeront et orienteront la recherche vers de nouvelles directions.