Un petit pas pour les satellites, un pas de géant quantique pour le cryptage

par : ce fonctionnaire | | Partagez

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Physique quantique, photons, code binaire. Compte tenu de ma formation littéraire, ces mots scientifiques me passent généralement par-dessus la tête. Mais ces concepts sont des éléments importants du travail fascinant d’Éric Gloutnay et de son équipe de l’Agence spatiale canadienne (ASC)—un travail essentiel à l’une des plus grandes avancées des prochaines années : l’informatique quantique. Bien que je me sois senti un peu dépassé lors de ma conversation avec Éric, il m’a expliqué son travail d’une manière qui a rendu tout cela plus clair. Je vais maintenant tenter de restituer cette clarté dans cet article. Souhaitez-moi bonne chance...

Avant d’aborder le travail d’Éric, il convient de définir d’emblée quelques termes scientifiques : 

La physique quantique : 
En termes très simples, elle explique comment tout fonctionne. Elle décrit la nature des particules qui composent la matière et les forces avec lesquelles elles interagissent.
Photon : 
la plus petite quantité discrète, ou quantum, de rayonnement électromagnétique. Il se déplace dans l’espace à la vitesse de la lumière et n’a ni charge ni masse.

Et ce n’est que le début, les amis!

Remercier sa bonne étoile

« À vrai dire, je n’ai jamais pensé que j’aurais un jour l’occasion de travailler à l’Agence spatiale canadienne. C’était un rêve pour moi et le simple fait d’en parler 25 ans plus tard me donne encore la chair de poule. Je me pince parfois en pensant à la chance que j’ai eue »

En parlant avec Éric, vous ne sauriez pas nécessairement qu’il travaille à l’Agence spatiale canadienne (ASC) depuis aussi longtemps. En effet, 25 ans plus tard, il a toujours le même enthousiasme et la même énergie que lorsqu’il était étudiant en physique et qu’il faisait ses débuts à l’Agence en 1996. Que faisait-il à ses débuts? Analyser les effets des radiations spatiales sur les astronautes : « À vrai dire, je n’ai jamais pensé que j’aurais un jour l’occasion de travailler à l’Agence spatiale canadienne. C’était un rêve pour moi et le simple fait d’en parler 25 ans plus tard me donne encore la chair de poule. Je me pince parfois en pensant à la chance que j’ai eue », s’exclame-t-il.

Le saut quantique

Au cours de sa carrière à l’ASC, Éric a travaillé sur de nombreux projets étonnants. Pour vous donner un exemple de la qualité de son travail, il a travaillé avec des astronautes et a même eu la chance d’assister au lancement d’une fusée à Cap Canaveral. Sans vouloir faire de jeu de mots, sa carrière a vraiment décollé à partir de là. Actuellement, il est ingénieur système pour la mission Quantum Encryption and Science Satellite (QEYSSat), dans le cadre d’un partenariat passionnant avec le Conseil national de la recherche. La mission est audacieuse : aller là où personne n’est allé auparavant. Enfin, en quelque sorte, sans humains à bord.

Tout d’abord, quelques éléments de contexte importants avant d’entrer dans les détails de la mission QEYSSat. Actuellement, nous utilisons le cryptage binaire pour communiquer (pensez aux uns et aux zéros verts des films Matrix—sans les scènes d’action et les lunettes de soleil décontractées). Ce type de cryptage est basé sur des modèles mathématiques et, bien qu’il soit très sûr pour le moment, il pourrait ne pas être à la hauteur lorsque les ordinateurs quantiques feront leur apparition. Comme l’explique Éric, avec la technologie actuelle, huit à dix mois peuvent être nécessaires pour décrypter certains types de codes. Mais les ordinateurs quantiques ont le potentiel de changer la donne : « Ces ordinateurs sont très différents de ce que nous avons actuellement. Ils sont basés sur ce que nous appelons des « qubits », qui sont des unités d’information quantique. Un seul « qubit » peut contenir une énorme quantité de données et est si rapide qu’il pourrait théoriquement décoder nos méthodes de cryptage actuelles en quelques minutes, plutôt qu’en plusieurs mois. » En d’autres termes, les mesures de cybersécurité actuelles pourraient devenir obsolètes avec l’arrivée des ordinateurs quantiques. Insérez une musique d’orgue inquiétante.

Combattre le feu par le feu

« Nous utilisons la physique quantique pour créer une nouvelle technologie de cryptage afin de répondre aux problèmes de sécurité de l’informatique quantique. »

Les nouvelles technologies comportent toujours des risques intrinsèques, mais l’informatique quantique pourrait avoir un impact considérable sur la sécurité des données. En fait, un nouveau type de cryptage sera nécessaire, et c’est là qu’intervient le travail d’Éric et de son équipe. La solution? « Combattre le feu, par le feu », explique-t-il. « Nous utilisons la physique quantique pour créer une nouvelle technologie de cryptage afin de répondre aux problèmes de sécurité de l’informatique quantique. » En résumé, Éric et son équipe utilisent la technologie quantique pour envoyer un flux de photons à travers des filtres qui envoient aléatoirement le photon dans une direction (appelé le « photon polarisé »). Cet état de polarisation est ce qui définit le bit d’information comme étant un 0 ou un 1. Une séquence aléatoire de ces 0 et 1 constituera la clé secrète. Ces photons voyagent ensuite vers un récepteur prévu qui peut mesurer les photons et leur état de polarisation en utilisant son propre ensemble de filtres.

Vous me suivez toujours? Ce qui est vraiment génial avec ce processus, c’est que si une personne malveillante (autrement dit un pirate informatique) essaie d’intercepter les informations envoyées par les photons, l’expéditeur et le destinataire le sauront immédiatement. Comment le sauraient-ils, me demanderez-vous? Grâce à la physique! La beauté de l’utilisation des photons pour envoyer des données est qu’ils peuvent se déplacer et changer de cap rapidement. Ainsi, si un pirate tentait d’intercepter les données, l’état de polarisation du photon changerait automatiquement, et l’expéditeur et le récepteur sauraient que ce n’est pas le même que celui qu’ils ont envoyé ou mesuré. Ils pourraient alors le rejeter et essayer d’en envoyer un autre jusqu’à ce que les deux parties soient sûres qu’ils ne sont pas la cible d’un pirate. C’est très différent de la technologie de cryptage actuelle, où les clés cryptées sont envoyées par des signaux RF (dans les airs) ou électriques (par câbles) et peuvent être interceptées par un pirate sans que personne ne le sache immédiatement.

Selon Éric, cette méthode est connue sous le nom de « clé de chiffrement quantique » et il nous explique que cette technologie n’en est encore qu’à ses débuts :  « Elle est actuellement surtout utilisée dans les universités et les laboratoires, mais il y a encore des limites. Nous utilisons des fibres optiques pour envoyer ces photons, mais après quelques centaines de kilomètres, les photons s’atténuent et ne peuvent plus être lus. La distance est donc un facteur limitant, du moins sur Terre. » La solution? Envoyer ces photons dans l’espace vers un satellite qui joue le rôle de récepteur pour créer la clé. C’est là-dessus qu’Éric et son équipe travaillent. Il s’agit d’un travail révolutionnaire et sans précédent, puisque le Canada est seulement le deuxième pays au monde à tester cette méthode, juste derrière la Chine.

Qu’ils rayonnent vers les cieux

« Pouvoir envoyer des millions de photons vers un satellite dans l’espace et faire en sorte qu’ils se déplacent correctement tout en étant dans la ligne de mire est un véritable défi. Nous ne disposons que d’une fenêtre d’environ dix minutes à la fois »

L’ambition même de la mission comporte son lot de défis. Par exemple, diriger des photons vers un satellite qui se déplace à des milliers de kilomètres à l’heure autour de la Terre n’est pas une tâche facile. « Pouvoir envoyer des millions de photons vers un satellite dans l’espace et faire en sorte qu’ils se déplacent correctement tout en étant dans la ligne de mire est un véritable défi. Nous ne disposons que d’une fenêtre d’environ dix minutes à la fois », explique Éric. Cela me rappelle mes difficultés avec le niveau le plus difficile de Duck Hunt sur Nintendo, multipliées par un milliard. L’autre défi est la nouveauté du projet lui-même, qui entraîne certaines inconnues.

Mais Éric et son équipe sont confiants dans la mission. De nombreux autres pays sont désireux d’essayer la même chose et Éric y voit un signe de confiance et une importante opportunité de collaboration : « Certains pays—comme le Royaume-Uni et les États-Unis—sont désireux de travailler avec nous et l’une des principales mesures du succès serait de pouvoir tester le système en dehors de nos frontières. » Avec des partenaires clés, l’ASC espère atteindre son objectif d’utiliser la physique quantique pour sécuriser les données de demain.

Alors que nous terminions cette conversation absolument fascinante, j’ai commencé à avoir mal à la tête à cause de tout le jargon scientifique. J’ai donc demandé à Éric ce qu’il aime le plus dans ce projet : « Dans mes postes précédents, je travaillais plutôt en tant que spécialiste. Mais ici, je supervise beaucoup plus et je participe à la prise de décision. L’expérience que j’ai acquise en travaillant sur de nombreuses autres missions m’a vraiment préparé à celle-ci. J’apprends énormément parce que j’ai une vue d’ensemble d’une mission et c’est tellement excitant de faire partie de quelque chose qui pourrait avoir un impact énorme sur l’avenir de la technologie. »

Vingt-cinq ans plus tard, il n’est pas étonnant qu’Éric ait toujours la même passion et le même enthousiasme pour son travail. Il a travaillé sur des projets qui étaient franchement hors du commun. Et avec cette mission sur le point de changer la façon dont les données sont cryptées, il pourrait bien s’agir de sa plus grande avancée à date.

 
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