Offrir la liberté d’explorer

Par Jeff Heinrich
En 5 secondes Le professeur d'informatique Gilles Brassard explique ce qu'il attend du nouvel institut nommé en son honneur et qui favorisera des découvertes majeures en informatique quantique fondamentale.
Gilles Brassard, professeur au Département d'informatique et de recherche opérationnelle de l'Université de Montréal

L'Université de Montréal et sa faculté des arts et des sciences ont inauguré, au campus MIL, deux nouvelles unités: l'Institut Gilles Brassard pour l'informatique quantique fondamentale et le Réseau québécois de chaires industrielles en communication quantique. 

Tandis que l'Institut se consacrera à la recherche fondamentale, le Réseau, interuniversitaire, prolongera cette assise vers la recherche appliquée et le transfert technologique en communication quantique, en cryptographie postquantique et en cybersécurité quantique.

Dotés d’un budget de deux millions de dollars sur quatre ans financé par la Fondation Courtois et d’une enveloppe d’un million sur deux ans du gouvernement du Québec respectivement, l'Institut et le Réseau s'inscrivent dans les objectifs de la Stratégie quantique nationale du Canada et de Quantum 2030.

Gilles Brassard est directeur scientifique du nouvel institut et codirecteur scientifique du nouveau réseau avec son ex-étudiant Claude Crépeau, professeur à l'École de technologie supérieure et co-inventeur avec lui de la téléportation quantique.

Professeur au Département d'informatique et de recherche opérationnelle de l’UdeM depuis 1979, Gilles Brassard a reçu en mars dernier le prix A. M. Turing 2025 avec Charles H. Bennett, d’IBM Research, pour leurs contributions fondatrices de l’informatique quantique, dont l’invention de la cryptographie quantique.

Rappelons qu'en 1983 ils ont mis au point un protocole nommé BB84. Sans application immédiate à l'époque, cette méthode d'établissement de clés de chiffrement est devenue aujourd'hui un pilier des technologies quantiques employées dans des réseaux sécurisés à travers le monde.

Nous avons demandé au professeur Brassard de nous parler de sa vision pour les deux unités.

Questions Réponses

L’institut qui porte votre nom s'inspire d'un établissement américain, l'Institute for Advanced Study [IAS], situé à Princeton, au New Jersey, dont les retombées peuvent se mesurer sur des décennies. Est-ce un luxe de ne pas devoir penser aux «livrables» de vos travaux?

Non! La particularité de l’IAS a été d’offrir à ses chercheurs, dont Albert Einstein, Kurt Gödel et John von Neumann, une liberté totale de créer sans contraintes quant à la publication ou à la production de quelque livrable que ce soit. Cette liberté de penser est l’unique façon de faire des découvertes fondamentales qui changeront le monde. Au contraire, l’obligation de livrables, quels qu’ils soient, ne peut que mettre un frein à la créativité indispensable à l’atteinte des objectifs de l’Institut. Mon but est donc d’offrir la liberté d’explorer aux chercheurs et chercheuses de l’Institut.

L'Institut deviendra, dit-on, un centre de référence mondial et fera de Montréal un pôle international d'excellence en matière de recherche autour des technologies quantiques. Comment comptez-vous structurer et développer le tout?

Suivant le principe directeur de liberté totale pour tous les chercheurs et chercheuses de l’Institut, le succès n’est possible qu’avec une politique de non-intervention de ma part. Je n’aurai donc surtout pas à structurer ou à développer quoi que ce soit!

On parle d'un programme articulé autour de quatre axes: fondements de l'information quantique; cryptographie et communication quantiques; algorithmes, avantage et complexité quantiques; preuve, vérification et protocoles interactifs quantiques. C'est ambitieux!

Oui, mais ce qui est encore plus ambitieux, c’est de ne pas considérer ces quatre axes comme un carcan. Toute recherche sortant de ce cadre n’en sera que davantage valorisée.

Financé par le gouvernement du Québec et réunissant l'UdeM, l'École de technologie supérieure et Polytechnique Montréal, le Réseau associera des chaires de recherche à des partenaires industriels d'envergure. Dans quel but?

L’Institut se concentre sur la recherche fondamentale, ainsi que son nom l’indique. La recherche fondamentale est celle qui ne suscite aucune attente pour ce qui est des retombées pratiques à court terme ou à long terme d’ailleurs. C’est la recherche dont l’unique but est de comprendre l’univers dans lequel nous vivons. C’est ce genre de recherche qu’ont effectué les géants tels Einstein et Bohr au début du 20e siècle sans savoir que leurs travaux allaient complètement changer la société quelques décennies plus tard. En effet, quasiment toute la technologie actuelle dépend entièrement de notre compréhension de la théorie quantique et de la relativité. Néanmoins, il faut penser à des retombées pratiques. C’est pour cela que le Réseau s’associera à des partenaires industriels. La recherche fondamentale de l’Institut pourra, ou pas, donner lieu aux applications de demain grâce à ces partenariats. Toutefois, le Réseau n’aura pas à attendre les découvertes fondamentales de l’Institut, car il y a déjà beaucoup de retombées à exploiter des découvertes du passé qui ont justement conduit à la création de l’Institut.

Cela semble très actuel. Est-ce une réponse au fait qu'aujourd'hui les données sensibles transmises par les gouvernements, les banques et d'autres peuvent être interceptées, puis déchiffrées à moyen terme à mesure que progresse l'informatique quantique?

Exactement. Toute l’infrastructure cryptographique mise en place il y a une quarantaine d’années pour soi-disant protéger Internet – et autres transmissions sensibles d’information – sera pulvérisée dès qu’un ordinateur quantique suffisamment puissant sera disponible, en supposant qu’il n’y en ait pas déjà un qui fonctionne secrètement quelque part. Ce qui est plus grave, c’est que toutes les communications du passé pourront alors être déchiffrées rétroactivement par quiconque aura pris soin d’intercepter et de conserver les transmissions qui étaient indéchiffrables à ce moment-là. Le passé deviendra un livre ouvert et rien ne peut être fait pour y remédier, puisque l’information chiffrée est déjà entre les mains d’adversaires potentiels. Tout ce que nous pouvons espérer faire est de sécuriser le futur, en particulier – mais pas uniquement – grâce à la cryptographie quantique.

Alors le danger est réel et la recherche, bien faite, nous prépare à y faire face?

Vous avez tout compris.


L'Institut: trois domaines, quatre axes

L’informatique quantique englobe:

  1. La communication quantique, qui exploite les principes de la physique quantique pour transmettre de l’information, notamment de manière sécurisée. La cryptographie quantique en constitue un sous-domaine.
  2. La cryptographie postquantique, qui vise à élaborer des systèmes cryptographiques basés sur le calcul et les communications classiques dans l’espoir, à ce jour non démontré, de résister aux capacités des futurs ordinateurs quantiques.
  3. La cybersécurité quantique, qui vise à concevoir des pratiques, des protocoles et des architectures de protection adaptés aux environnements quantiques et postquantiques, entre autres pour les gouvernements, les entreprises et les infrastructures critiques.

La recherche se définit en quatre axes:

  • Fondements de l'information quantique (axe 1): intrication, non-localité, contextualité, principes informationnels de la théorie quantique, limites physiques de l'information.
  • Cryptographie et communication quantiques (axe 2): dans la filiation du protocole BB84 sécurité démontrée, primitives pour l'Internet quantique, articulation avec la cryptographie postquantique.
  • Algorithmes, avantage et complexité quantiques (axe 3): complexité du calcul et de la communication quantiques, nouveaux paradigmes algorithmiques, caractérisation de l'avantage quantique.
  • Preuve, vérification et protocoles interactifs quantiques (axe 4): preuves interactives, vérification et délégation de calculs quantiques, calcul multipartite sécurisé, résultats d’impossibilité.
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