Alors que la maturité des technologies quantiques s’accélère, leur déploiement se heurte à un paradoxe : plus les solutions sont innovantes (qubits supraconducteurs, ions piégés, photoniques…), plus leur fragmentation menace leur adoption par manque de préparation du marché. Face à ce défi, l’Europe et la France font de la normalisation volontaire un levier d’accélération, bien avant la maturité commerciale. Pourquoi ? Parce que les normes deviennent, pour les innovations de rupture, des catalyseurs de marché. Dans cet article, nous décryptons comment la normalisation ex ante peut soutenir les investissements, structurer le marché et imposer des standards européens avant que les géants américains ou chinois ne verrouillent le jeu. Une stratégie offensive de l’Europe via les comités techniques joints européen (CEN-CLC JTC 22) et international (IEC/ISO JTC 3) doit émerger pour assurer une diplomatie technique mondiale, dans laquelle la France se positionne en première ligne.
Alors que la maturité des technologies quantiques s’accélère, leur déploiement se heurte à un paradoxe : plus les solutions sont innovantes (qubits supraconducteurs, ions piégés, photoniques…), plus leur fragmentation menace leur adoption par manque de préparation du marché. Face à ce défi, l’Europe et la France font de la normalisation volontaire un levier d’accélération, bien avant la maturité commerciale. Pourquoi ? Parce que les normes deviennent, pour les innovations de rupture, des catalyseurs de marché. Dans cet article, nous décryptons comment la normalisation ex ante peut soutenir les investissements, structurer le marché et imposer des standards européens avant que les géants américains ou chinois ne verrouillent le jeu. Une stratégie offensive de l’Europe via les comités techniques joints européen (CEN-CLC JTC 22) et international (IEC/ISO JTC 3) doit émerger pour assurer une diplomatie technique mondiale, dans laquelle la France se positionne en première ligne.
REE N°2/2018 Z 1 J ’ai souhaite placer cet editorial sous le signe des tech- nologies quantiques car celles-ci figurent aujourd’hui parmi les thematiques scientifiques qui progressent extremement rapidement. Elles se sont recemment illus- trees par des realisations encore inimaginables il y a seulement cinq ans, permettant d’esperer des retombees technologiques a plus ou moins long terme dans des domaines aussi divers que l’instrumentation pour la navigation, le calcul haute performance, la cryptographie ou la simulation des proprietes de la matiere. La Chine se veut leader mondial, apres un succes fortement me- diatise de communication quantique dans l’espace. Les Etats-Unis ne sont pas en reste puisqu’IBM fait figure de precurseur dans la course au calculateur quantique et que les GAFA suivent de tres pres ces derniers developpements. Comment se situent la France et l’Europe dans ce contexte tres evolutif ? Depuis 2017, l'Union europeenne, avec des moyens qui sont certes limites, deploie le Quantum technologies flagship dote d’un milliard d’euros. Sur le plan francais, les industriels Atos et Thales s’interessent de pres au d
La recherche en informatique quantique a pris de l’ampleur dans les deux dernières décennies, notamment grâce aux financements massifs des gouvernements et de l’industrie dans les technologies quantiques. L’ordinateur quantique promet de résoudre des problèmes qui jusqu’à présent restaient insurmontables à cause du temps déraisonnable qu’il faudrait pour les résoudre sur les ordinateurs classiques les plus puissants. L’idée de l’ordinateur quantique consiste à utiliser des propriétés quantiques de la matière, telles que l’intrication et la superposition quantique des états, pour effectuer des calculs d’une nouvelle manière. L’informatique quantique requiert un nouveau type d’ordinateur où les bits d’information classique, généralement représentés par la présence ou non de courant à l’entrée d’un transistor, sont remplacés par des bits quantiques aussi appelés qubits, et qui sont représentés par l’état d’un système quantique. De plus, il est nécessaire de développer de nouveaux algorithmes capables d’être implémentés sur un ordinateur quantique et capables de tirer parti de l’avantage quantique. Cette thèse porte sur ces deux composantes complémentaires : la construction de portes logiques, un bloc fondamental de tout ordinateur, et la création de meilleurs algorithmes pour résoudre des problèmes pertinents sur ces machines. Parmi les plateformes les plus avancées pour l’ordinateur quantique, on trouve les circuits supraconducteurs, qui sont la plateforme sur laquelle ont misé Google, IBM, Alice&Bob, Nord Quantique et bien d’autres compagnies. Malgré les avancées des dernières décennies, de nombreux défis restent à être relevés pour que les machines existantes soient en mesure de résoudre des problèmes pertinents et surpassent les ordinateurs classiques. L’un des défis auquel cette thèse s’attaque est la réalisation de portes logiques à deux qubits rapides et à haute fidélité. La rapidité est cruciale pour pouvoir réaliser le plus d’opérations possible avant que les qubits ne perdent leur cohérence quantique, et une haute fidélité est requise pour minimiser les erreurs de calcul et permettre d’implémenter de la correction d’erreurs quantiques. De plus, certains qubits supraconducteurs sont connus pour être affectés par une interaction indésirable, l’interaction ZZ qui, même si relativement faible, affecte la fidélité des portes logiques quantiques, empêchant d’atteindre des fidélités supérieures à 99.9% nécessaires à la correction d’erreurs. En parallèle avec l’amélioration des composantes de l’ordinateur quantique, il est important de développer des applications pour ce nouveau type de machine. Parmi les approches étudiées, les algorithmes quantiques variationnels (VQA) sont ceux qui sont les plus susceptibles d’être déployés sur les ordinateurs quantiques de petites tailles existants. Ce sont des algorithmes hybrides qui nécessitent à la fois de la puissance de calcul classique et quantique. Ces algorithmes semblent prometteurs pour résoudre de nombreux problèmes concrets d’intérêt industriel, comme obtenir les propriétés de molécules ou trouver les solutions de problèmes d’optimisation combinatoire. En effet, ces problèmes peuvent être formulés sous forme d’un Hamiltonien et résolus en déterminant son état fondamental. Dans ce but, les VQAs utilisent un circuit quantique paramétré appelé ansatz, dont les paramètres sont optimisés pour s’approcher de l’état fondamental. Un premier défi consiste à trouver un ansatz qui permette, pour un problème donné, de converger le plus efficacement possible vers la solution. Un deuxième défi est de trouver un circuit fait de portes logiques facilement implémentables sur les plateformes physiques actuelles. Les travaux effectués dans cette thèse apportent des contributions à ces deux défis. Dans la première partie de la thèse, nous introduisons le dispositif que nous avons conçu et qui permet de réaliser des portes d’intrication paramétrique entre deux qubits supraconducteurs. Cette approche a permis à nos collaborateurs du groupe d’Andrew Houck de l’Université de Princeton de réaliser expérimentalement une opération de type √iSWAP en 15 ns avec une fidélité de 98.8%, et ce dans un dispositif où l’interaction ZZ est supprimée. Dans la seconde partie de la thèse, nous avons développé un ansatz pour les VQAs permettant de résoudre le modèle de Fermi Hubbard. Ce nouvel ansatz utilise les avantages de deux ansätze préexistants, et permet d’obtenir l’énergie et l’état fondamental du FHM avec une précision de plusieurs ordres de grandeur supérieure aux ansätze standards, et ce en réduisant significativement le nombre de portes d’intrication CNOT qui sont généralement imparfaites et longues à implémenter.
Dans l’ère actuelle de la communication numérique, la sécurité des réseaux de transmission optique présente un défi du premier plan. Face à la prolifération croissante de données sensibles circulant à travers ces réseaux, assurer leur confidentialité et leur intégrité est devenu une priorité absolue. Les réseaux de transmission optique, présentent des avantages significatifs en termes de bande passante et de distance importante de transmission, cependant ces réseaux ne sont pas exempts de défis en matière de sécurité.Les réseaux de transmission optique sont confrontés à une multitude de menaces variées. Parmi celles-ci, les attaques visant à intercepter ou altérer les données en transit, les tentatives de compromettre la confidentialité des informations échangées, ainsi que les attaques perturbant le fonctionnement normal du réseau, suscitent particulièrement des préoccupations. Il est donc impératif de se préparer dès maintenant en renforçant la défense et la sécurité des réseaux et des infrastructures critiques. En effet, bien que les données chiffrées actuelles ne puissent être exploitées par les mauvais acteurs, ces derniers pourraient les conserver en vue de les déchiffrer ultérieurement avec un ordinateur quantique, adoptant ainsi la stratégie connue sous le nom de « Harvest Now Decrypt Later » (HNDL). Pour faire face à des attaques potentielles des ordinateurs quantiques, il est nécessaire de mettre en place des mesures utilisant une création d'entropie parfaitement aléatoire, robuste et adaptée aux couches réseau. Cet article se focalise sur la sécurité quantique en présentant une solution polyvalente, adaptée à divers cas d'utilisation et à différentes couches de protection du réseau.
Les protocoles de distribution de clé quantique (QKD) permettent de construire des canaux de communications sensibles à l’espionnage grâce aux propriétés quantiques fondamentales de la lumière. L’un des principaux défis à surpasser pour déployer de tels protocoles à grande échelle est le coût de déploiement de la technologie. Une solution attrayante en ce sens serait d’exploiter l’infrastructure de fibre optique déjà existante pour exécuter mettre en oeuvre de tels protocoles. Cela implique cependant de faire coexister des signaux quantiques avec des signaux telecoms classiques, ce qui peut être un défi de part la sensibilité des états quantiques aux perturbations. Ici, nous nous intéressons plus particulièrement aux protocoles de distribution de clé quantique à variables continues (CV-QKD), car leur proximité avec les communications cohérentes classiques indiquent qu’ils sont de bons candidats pour coexister sur une même fibre. En partant du principe que les protocoles CV-QKD sont destinés, à terme, à être déployés de manière conjointe avec des protocoles de communication classique, la question qui se pose est la suivante. Cette coexistence avec des signaux classiques est-elle forcément un désavantage pour la CV-QKD ? Nous montrons qu’en construisant de façon conjointe des protocoles de communication quantique et classique, alors la coexistence peut présenter des avantages exploitables pour la CV-QKD. Dans un premier travail, nous démontrons expérimentalement que le signal classique peut servir de signal pilote au signal quantique, ce qui permet notamment de s’affranchir de signaux pilotes auxiliaires généralement nécessaires en CV-QKD. Dans un second travail, nous montrons que le bruit généré par des canaux classiques peut servir à dissimuler le signal quantique. La communication quantique peut alors être réalisée de façon indétectable, ou « covert », ce qui, combiné à un échange de clé par QKD permet d’envisager des garanties de sécurité extrêmement élevées. Nous analysons les conditions nécessaires, à la faisabilité du déploiement covert de la CV-QKD.
La cryptographie post-quantique a gagné en importance ces dernières années, motivée par la menace que les ordinateurs quantiques font peser sur les systèmes cryptographiques classiques . Bien que le NIST ait standardisé plusieurs schémas de chiffrement à clé publique et de signature numérique post-quantiques, il subsiste un fossé important dans notre compréhension des primitives cryptographiques avancées dans ce contexte. Parmi celles-ci, les signatures à seuil se distinguent comme une primitive particulièrement importante ; elles permettent à un groupe de participants de produire conjointement une signature valide, offrant ainsi une résilience face aux défaillances et au compromis partiel. Alors que les schémas de signature à seuil classiques ont atteint un stade de maturité et sont déployés, le développement de schémas de signature à seuil post-quantiques pratiques demeure un défi ouvert. Les constructions proposées manquent souvent de robustesse face aux participants malveillants, d'une génération de clé distribuée efficace, et de compatibilité avec les standards émergents. Cette thèse fournit une boîte à outils complète pour la conception et le déploiement de signatures à seuil pratiques basées sur les réseaux euclidiens. Premièrement, nous établissons les fondations de la robustesse, en introduisant des techniques de génération de clé distribuée et de signature qui garantissent la création d'une signature valide même en présence de participants malveillants. Ensuite, nous nous tournons vers un protocole radicalement plus efficace, permettant l'identification des abandons (identifiable aborts), une propriété qui permet de détecter les comportements malveillants plutôt que de les prévenir. Finalement, nous présentons de nouvelles idées pour répondre au défi de compatibilité avec les standards, en présentant la première version à seuil pratique de ML-DSA.
Convergence des communications quantiques et classiques Les protocoles de distribution de clé quantique (QKD) permettent de construire des canaux de communications sensibles à l’espionnage grâce aux propriétés quantiques fondamentales de la lumière. L’un des principaux défis à surpasser pour déployer de tels protocoles à grande échelle est le coût de déploiement de la technologie. Une solution attrayante en ce sens serait d’exploiter l’infrastructure de fibre optique déjà existante pour exécuter mettre en oeuvre de tels protocoles. Cela implique cependant de faire coexister des signaux quantiques avec des signaux telecoms classiques, ce qui peut être un défi de part la sensibilité des états quantiques aux perturbations. Ici, nous nous intéressons plus particulièrement aux protocoles de distribution de clé quantique à variables continues (CV-QKD), car leur proximité avec les communications cohérentes classiques indiquent qu’ils sont de bons candidats pour coexister sur une même fibre. En partant du principe que les protocoles CV-QKD sont destinés, à terme, à être déployés de manière conjointe avec des protocoles de communication classique, la question qui se pose est la suivante. Cette coexistence avec des signaux classiques est-elle forcément un désavantage pour la CV-QKD ? Nous montrons qu’en construisant de façon conjointe des protocoles de communication quantique et classique, alors la coexistence peut présenter des avantages exploitables pour la CV-QKD. Dans un premier travail, nous démontrons expérimentalement que le signal classique peut servir de signal pilote au signal quantique, ce qui permet notamment de s’affranchir de signaux pilotes auxiliaires généralement nécessaires en CV-QKD. Dans un second travail, nous montrons que le bruit généré par des canaux classiques peut servir à dissimuler le signal quantique. La communication quantique peut alors être réalisée de façon indétectable, ou « covert », ce qui, combiné à un échange de clé par QKD permet d’envisager des garanties de sécurité extrêmement élevées. Nous analysons les conditions nécessaires, à la faisabilité du déploiement covert de la CV-QKD.