La version originale de cette histoire est apparu dans Magazine Quanta.

Depuis quelques décennies, les chercheurs ont compris que les ordinateurs quantiques devraient à terme être capables de déchiffrer les codes largement utilisés qui sécurisent une grande partie du monde numérique. Pour se protéger de ce sort, ils ont passé des années à développer de nouveaux codes qui semblent être à l’abri des futurs pirates de sécurité armés d’ordinateurs quantiques.

En même temps, ils ont également conçu des moyens ingénieux utiliser les règles de la mécanique quantique pour assurer la sécurité des communications. Mais la mécanique quantique, tout comme la mécanique « classique » qui l’a précédée, n’est qu’une théorie de la nature. Et si elle était finalement remplacée par une théorie plus complète, tout comme la mécanique quantique a supplanté la physique newtonienne il y a un siècle ? Ces techniques de communication quantique seront-elles toujours sécurisées dans un monde où il existe un ensemble de règles encore plus fondamentales ?

« En ce qui concerne ces protocoles cryptographiques, c’est bien d’être paranoïaque », a déclaré Ravishankar Ramanathanthéoricien de l’information quantique à l’Université de Hong Kong qui travaille sur la cryptographie quantique. « Essayons de minimiser les hypothèses derrière le protocole. Supposons qu’à une date ultérieure, les gens se rendent compte que la mécanique quantique n’est pas la théorie ultime de la nature. »

C’est une possibilité à considérer. La difficulté des problèmes en suspens – comme concilier la mécanique quantique et la gravité – suggère qu’une théorie post-quantique de la nature pourrait impliquer quelque chose d’assez inattendu.

Pour se prémunir contre la possibilité que leurs protocoles soient basés sur des hypothèses erronées, certains cryptographes quantiques recherchent des principes encore plus fondamentaux sur lesquels s’appuyer. Au lieu de partir de la mécanique quantique, ils creusent plus profondément, jusqu’au concept même de causalité.

Un subtil sabotage

Une façon de comprendre les développements dans ce domaine est d’envisager la distribution de clés quantiques, qui implique de tirer parti des règles de la mécanique quantique pour transmettre une clé – quelque chose qui peut être utilisé pour décoder un message secret – d’une manière qui ne peut pas être falsifiée en secret. La distribution de clés quantiques utilise l’intrication quantique, qui verrouille deux particules ensemble grâce à l’une de leurs propriétés, comme le spin. L’intrication quantique contient une sorte de fil-piège. Si quelqu’un tente de perturber l’enchevêtrement – ​​comme il le ferait s’il tentait de voler la clé – l’intrusion détruira l’enchevêtrement, révélant le sabotage. Cela est dû à un principe fondamental de la mécanique quantique appelé « monogamie de l’intrication ».

Mais que se passerait-il si ce principe ne tenait plus ? Dans un tel cas, si les personnes transmettant le message n’avaient pas le contrôle total de leurs appareils, un étranger pourrait potentiellement modifier subtilement l’enchevêtrement des particules, perturbant ainsi la communication sans laisser de trace.

Ce processus est appelé brouillage quantique, et les efforts pour le comprendre se sont multipliés ces dernières années.

Pour de nombreux scientifiques, le brouillage est attrayant car il peut les aider à mieux comprendre à la fois la mécanique quantique et la nature des causes et des effets. Ils se demandent : existe-t-il des principes profonds qui interdisent le brouillage, qui le rendent impossible ? Ou, si aucun principe ne l’interdit, le brouillage pourrait-il se produire dans le monde réel ?

Jim le brouilleur

Michael Ecksteinphysicien théoricien à l’Université Jagellonne de Cracovie, en Pologne, aime illustrer le brouillage par une histoire. Ses protagonistes sont les personnages classiques des explications de la mécanique quantique, Alice et Bob.

« Supposons que vous ayez Alice et Bob et qu’ils rencontrent un magicien, Jim the Jammer », a déclaré Eckstein. « Le magicien dit : ‘J’ai deux boules : une blanche et une noire.’ »

Les boules remplacent une paire de particules enchevêtrées. Si deux particules sont intriquées, elles ont une propriété qui est liée d’une manière ou d’une autre : si vous mesurez la première particule et constatez que sa rotation est élevée, par exemple, la rotation de l’autre particule sera inévitablement réduite, et vice versa. Cela est vrai même si l’autre particule se trouve à mi-chemin de l’univers. Ici, les boules sont liées de telle sorte que si l’une est blanche, l’autre sera toujours noire.