Les générateurs de nombres aléatoires classiques, même les plus perfectionnés, présentent des biais infimes qui rendent leurs séquences prévisibles sur le long terme. En cryptographie, cette faille pourrait être exploitée par des attaquants. Des chercheurs de l'ETH Zurich viennent de réaliser une avancée décisive en produisant ce qu'ils nomment le "hasard parfait", en exploitant les propriétés contre-intuitives de la physique quantique.
Le dispositif expérimental repose sur deux puces supraconductrices refroidies à des températures proches du zéro absolu. Chaque puce constitue un qubit, l'équivalent quantique d'un bit classique. Reliées par un tube de 30 mètres également refroidi, ces puces peuvent échanger des photons micro-ondes, dans un état d'intrication. Dans cet état, la mesure d'un qubit influence instantanément l'autre, quelle que soit la distance qui les sépare.
Image d'illustration Pixabay Pour garantir l'intégrité du processus, les chercheurs ont placé les qubits à près de 30 mètres l'un de l'autre. Ainsi, même un signal voyageant à la vitesse de la lumière ne pourrait relier les deux qubits pendant la mesure. Cette séparation spatiale empêche toute communication indésirable qui pourrait fausser le caractère aléatoire, une technique simple mais efficace pour préserver la pureté de l'intrication.
Comment "purifier" le hasard ?
Le protocole commence par l'utilisation d'un générateur de nombres imparfait (le hasard classique et biaisé de l'ordinateur) pour choisir la base de mesure des qubits.
Supposons que l'ordinateur classique donne une impulsion de départ imparfaite, comme une pièce de monnaie truquée qui tomberait à
60% sur Pile et 40% sur Face. C'est ce signal biaisé que les chercheurs envoient vers le système quantique.
C'est là que la magie de l'intrication opère. Avant d'être mesurés, les qubits intriqués se trouvent dans un état fondamentalement superposé: le résultat n'est pas simplement masqué, il n'existe pas encore et est strictement impossible à connaître à l'avance. L'impulsion de l'ordinateur (le faux hasard à 60-40) va simplement déclencher la mesure de ces qubits. À cet instant précis, la nature est forcée de faire un choix pur, rétablissant un
50-50 parfait et totalement imprévisible.
L'idée centrale est que le système quantique agit comme un "filtre de pureté": il utilise une entrée biaisée pour forcer une réaction quantique dont le hasard final est certifié par les lois de la physique, et non pas simplement présumé par des tests statistiques classiques. La physique quantique garantit mathématiquement que le résultat final (0 ou 1) est
totalement inviolable, même pour les chercheurs qui ont construit la machine.
Des implications considérables
Renato Renner, co-auteur de l'étude publiée dans
Nature, explique que cette méthode réduit considérablement le coût de calcul. "Notre approche ne nécessite pas vraiment de calcul", a-t-il déclaré, "car tout le hasard est généré par la mesure des qubits. Le coût de calcul est négligeable par rapport à celui des générateurs pseudo-aléatoires."
Les implications pratiques sont considérables. Les chercheurs comparent cette avancée à celle de l'horloge atomique pour la mesure du temps: un étalon physique fiable sur lequel d'autres systèmes peuvent s'appuyer. Les applications potentielles incluent le chiffrement des messages, les identités numériques, les loteries et les opérations sur blockchain. Renner précise que leur expérience serait particulièrement utile dans des architectures en réseau où chaque nœud peut accéder à un serveur mettant en œuvre ce générateur de hasard parfait.