C'est quoi le Q-day?

L'objectif de cet article est de vulgariser les connaissances autour du Q-day, car derrière ce titre se cachent des concepts de mécanique quantique et de cybersécurité avancés. Avançons ensemble dans ce parcours afin qu’au terme de la lecture, vous disposiez des éléments nécessaires pour prendre de meilleures décisions dans votre système d'information.

Commençons par le début. Le Q-day désigne la date à laquelle un ordinateur quantique sera capable de résoudre l'un des algorithmes de cryptographie les plus utilisés aujourd'hui (RSA, ECC). Cet algorithme permettra de briser de nombreuses méthodes actuelles de chiffrement et d’authentification. Le chiffrement nous permet de coder l’information pour la rendre accessible uniquement avec une clé. Le déchiffrement serait rendu possible par le fait que les ordinateurs quantiques peuvent résoudre en quelques minutes des problèmes qui nécessiteraient des milliers d'années de calcul pour les ordinateurs classiques.

Procédons étape par étape en répondant à quelques questions.

Qu'est-ce qu'un ordinateur quantique ?

Par analogie avec un ordinateur classique, où l'unité minimum d'information est un bit (0 ou 1), un ordinateur quantique est composé aussi d'une unité minimum d’information appelée qubit. Plus précisément, nous allons regarder l'état d'un qubit. En mécanique quantique, l'état d'un qubit est représenté par un vecteur dans un espace de Hilbert complexe de dimension 2. Les différentes représentations (notation de Dirac, vecteur colonne ou sphère de Bloch) sont des façons équivalentes de décrire ce même état quantique.

Représentation dans l’espace de Dirac , notation de bracket |0⟩ = (0,1) .

Représentation vecteur colonne

Représentation dans la sphère de Bloch où chaque état correspond à un point dans la sphère:

(x,y,z)=(sinθcosϕ,sinθsinϕ,cosθ)

Il existe aujourd'hui de nombreuses façons de produire un qubit en utilisant différents modèles physiques, qubits supraconducteurs (circuits Josephson), ions piégés, spin d'électron et qubits photonics parmi autres.

En plus de l’unité d’information, le qubit, un ordinateur quantique utilise deux principes fondamentaux de la mécanique quantique : la superposition et l’intrication.

Superposition

Un qubit peut être dans un état |0⟩, |1⟩ ou une superposition des deux : α|0⟩ + β|1⟩

• un bit classique peut se traduire en pile ou face
• un qubit correspond plus à une pièce qui tourne en l’air

Tant qu’on ne mesure pas, il représente plusieurs possibilités en même temps.

Son état est une superposition quantique, où chaque possibilité est associée à une amplitude de probabilité qui détermine la probabilité d’obtenir ce résultat lors de la mesure.

Intrication (entanglement en anglais)

Deux qubits peuvent être intriqués, c’est à dire :

• leur état est lié, même à distance
• mesurer l’un donne instantanément une information sur l’autre

La mesure

Pour définir un ordinateur quantique, un élément fondamental doit être introduit : la mesure (voir schéma en Fig. 1) . C'est elle qui permet d'extraire le résultat d'un calcul. C'est également à cette étape que l'on bascule du monde quantique au monde classique .

Lorsqu'un qubit est mesuré, deux phénomènes se produisent :

• l'effondrement de l'état quantique : La mesure agit comme une projection. La superposition d'états disparaît instantanément pour laisser place à une réalité unique.
• on obtient une valeur stricte, 0 ou 1, avec une certaine probabilité

Figure 1 : Avant la mesure, le qubit est dans une superposition d’états. La mesure projette cet état quantique vers un résultat unique, 0 ou 1, obtenu avec une probabilité déterminée par les amplitudes de la fonction d’onde. (Image générée par IA)

Mesurer, ça veut dire le retour au monde classique

En bref, le calcul quantique consiste à préparer des superpositions des qubits, les faire interagir, ça veut dire appliquer des portes quantiques, de rotations et manipulation de phases (pour aller plus loin), exploiter les interférences car certaines solutions se renforcent et d’autres s’annulent et finalement mesurer pour obtenir un résultat.

Pour mieux comprendre la partie qui correspond au calcul lui-même, les ordinateurs quantiques ont besoin des portes logiques quantiques pour effectuer des calculs (superposition et intrication), de la même manière qu'un ordinateur classique utilise des portes logiques, telles que AND, OR, XOR, etc. Ces portes quantiques sont les opérateurs de Pauli, essentiellement des matrices de 0, 1 et -1 qui vont nous permettre de faire ‘bouger’ les états de qubits.

Ce qui est important à retenir, c'est qu'on ne teste pas toutes les solutions une par une comme avec un ordinateur conventionnel. On construit un système physique dont l’évolution favorise naturellement les bonnes réponses et élimine progressivement les mauvaises. Autrement dit, parmi un très grand nombre de possibilités, dans le système physique les mauvaises réponses s’annulent tandis que la bonne réponse est amplifiée.

Maintenant que nous connaissons certains éléments du calcul sur un ordinateur quantique, nous pouvons en déduire que nous devrions être capables de formuler notre problème dans ce langage, le langage quantique, en utilisant les états des qubits et les matrices de Pauli. Ceci peut s'avérer crucial pour certains algorithmes, comme nous le verrons dans la question suivante.

Pourquoi un ordinateur quantique est-il si performant?

L'ordinateur quantique est performant pour résoudre certains problèmes, ceux liés au monde de la nature, à la physique, à la chimie, aux optimisations, en d'autres termes, tous les problèmes qui s'écrivent naturellement en langage quantique. Cependant, pour les problèmes que nous ne pouvons pas traduire en langage quantique, il est préférable de continuer à utiliser des machines conventionnelles pour les résoudre. En ce sens, de la même manière qu'une Graphics Processing Unit (GPU) est devenue une couche supplémentaire d'un ordinateur classique, l'ordinateur quantique vient compléter ce qui existe déjà. Dans ce sens, la tendance actuelle est à l'installation d'ordinateurs quantiques dans des centres de calcul haute performance (High Performance Computing, HPC).

Aujourd'hui, les ordinateurs quantiques se multiplient à travers le monde dans les HPC. Dans la figure 2, vous pouvez voir quelques exemples où un ordinateur quantique a été installé avec un HPC, généralement dans des instituts de recherche, mais pas uniquement. Les entreprises privées investissent aussi dans cette technologie, Aramco a acheté un ordinateur quantique à Pasqal en 2025.

Figure 2 : Distribution mondiale de quelques instituts de recherche ayant un High Performance Computer (HPC) et un ordinateur quantique. (Image générée par IA)

L'informatique quantique devrait permettre de nouvelles avancées sur des problèmes où les ordinateurs classiques exigent des quantités impossibles de ressources (heures ou nombre d'ordinateurs). C'est le cas de l'algorithme connu sous le nom d'algorithme de Shor qui a la capacité de déchiffrer des clés de chiffrement en quelques secondes.

Le chiffrement c’est la façon de transformer l’information en une forme codée, qui est accessible uniquement avec la clé de déchiffrement adéquate. Nos systèmes d'information (SI) utilisent cette technologie depuis les années 2000.

Pas de panique ou pas complètement, allons plus en profondeur.

Qu'est-ce que l'algorithme de Shor ?

Enfin, on arrive au point d’union entre la cybersécurité et le calcul quantique.

L’algorithme de Shor est publié en 1995 par Peter Shor dans le papier ‘Polynomial-Time Algorithms for Prime Factorization and Discrete Logarithms on a Quantum Computer‘. Dans cet ouvrage, Shor montre, en utilisant un algorithme quantique, comment factoriser efficacement des grands nombres entiers.

La sigle RSA vous dit quelque chose? C’est un des algorithmes de cryptographie asymétrique que nous avons commencé à utiliser dans les années 2000 pour chiffrer l’information au moment du partage, il fait partie de la chaîne de sécurisation des communications (HTTPS, VPN, e-mails). Le RSA permet à n’importe qui de chiffrer un message avec une clé publique, mais seul le détenteur de la clé peut le déchiffrer. Le RSA repose sur une astuce mathématique, il est très facile de multiplier deux grands nombres premiers pour créer une clé publique, cependant il est difficile de retrouver ces nombres premiers à partir du résultat obtenu, c’est un problème extrêmement difficile pour les ordinateurs classiques, car le nombre de calculs nécessaires augmente si vite avec la taille de la clé, il faudrait parfois des milliards d’années de calcul.

Là où un ordinateur conventionnel doit tester un grand nombre de possibilités, un ordinateur quantique exécutant l’algorithme de Shor peut exploiter les propriétés quantiques pour trouver la réponse exacte bien plus rapidement.

En résumé, le RSA est un grand entier, donc si nous parvenons à disposer d'ordinateurs quantiques suffisamment puissants pour exécuter l'algorithme de Shor, nous pourrons briser le RSA, et ce sera notre jour Q.

Avançons un peu plus pour ne pas paniquer et pouvoir prendre de meilleures décisions.

L’ordinateur quantique aujourd’hui, de combien de qubits avons-nous besoin?

Deux questions fondamentales se posent : combien de qubits sont nécessaires pour exécuter l’algorithme de SHOR ? et combien de qubits sont disponibles aujourd’hui dans les ordinateurs quantiques ?

Si on remonte à la première version de l’algorithme de Shor, pour casser le RSA-2048 nous aurons besoin de presque 2 millions de qubits, un chiffre énorme pour les ordinateurs quantiques actuels. Cependant, le monde scientifique travaille depuis des années pour réduire ce chiffre, des travaux très récents (paper1, paper2) montrent que ce chiffre peut se réduire significativement à moins de 100 K qubits. D’un côté la communauté scientifique fait des efforts en termes algorithmiques pour réduire ce chiffre et de l’autre côté une bonne panoplie des entreprises et laboratoires avancent avec la correction des erreurs, le nombre des qubits, l’optimisation des couches d'ingénierie, etc.

Tout indique que le Q-day n’est pas non plus de la science fiction, comme certains auraient pensé de l’ordinateur quantique, il pourrait arriver plus tôt qu’on ne le pense.

En tout cas, c'est important de savoir que les agences gouvernementales qui élaborent des standards et des recommandations en cybersécurité ont donné leurs recommandations. En 2024, aux Etats-Unis, le NIST et l’ANSSI en France ont communiqué leurs recommandations pour commencer la migration des systèmes de l'information vers le post quantum cryptography (PQC), voici les docs à consulter (ANSII), amuse-toi bien 😀. Allez, je t’aide, pour les Etats-Unis:

• Post Quantum Cryptography obligatoire pour les nouveaux systèmes dès 2027
• Migration applicative complète d’ici 2030
• Infrastructures totalement migrées d’ici 2035

Pour la France, l'ANSSI explique que la transition cryptographie post-quantique (PQC) va durer plus d’une dizaine d’années et qu’elle impactera l’intégralité de l’écosystème numérique ; elle recommande d’entamer la migration via des mécanismes hybrides (pré‑quantique + post‑quantique) dès maintenant, et grâce à ça, le concepte de cryptoagilité est née.

La cryptoagilité (FS-ISAC) est la capacité d’une organisation à adapter rapidement et efficacement ses solutions ou algorithmes cryptographiques, y compris paramètres et clés, face aux avancées en cryptanalyse, aux menaces émergentes, aux progrès technologiques ou aux vulnérabilités.

La cryptographie post-quantique vise à préparer nos systèmes de sécurité à l'arrivée des ordinateurs quantiques. Elle utilise de nouvelles approches mathématiques qui restent, à ce jour, résistantes aux attaques connues, notamment à l’avantage quantique, tout en pouvant fonctionner sur les ordinateurs et réseaux que nous utilisons déjà aujourd'hui. En devenant cryptoagile, ça veut dire d’avoir la capacité de basculer entre différents algorithmes de cryptage, c’est ce qui nous donne la possibilité de bien se préparer pour le Q-Day.

Et pour nous aider à prendre une décision, il y a Google (parmi d’autres) qui a affirmé en mars 2026 qu’il se donne jusqu’à 2029 pour tout migrer.

A retenir

En conclusion, après avoir lu cet article, vous avez désormais une vue d'ensemble du fonctionnement des ordinateurs quantiques, de leur lien avec la cybersécurité via l'algorithme de Shor, et des mesures que les agences gouvernementales et les entreprises privées prennent actuellement pour mitiger la vulnérabilité des algorithmes de chiffrement asymétriques comme RSA face aux ordinateurs quantiques.

Le train quantique avance et s'accélère, soit parce qu’on lui donne plus de combustible (plus de qubits), soit que le chemin devient moins raide (on optimise les algorithmes), le chemin montre que la puissance du calcul quantique s’accroît.

Le Q-day est une réalité, à combien d'années sommes-nous? Personne ne le sait avec certitude, cependant tout le monde commence à basculer vers la cryptographie post-quantique.

Chaque organisation a un contexte différent. Nos experts peuvent vous aider à identifier vos risques, définir une feuille de route pragmatique et initier votre transition vers la PQC.