Créer un hasard parfait relève du défi. Même les générateurs de nombres aléatoires les plus sophistiqués présentent des biais infimes – tel un dé parfaitement équilibré qui, en pratique, favorise toujours légèrement une face. Des physiciens de l’ETH Zurich annoncent aujourd’hui avoir franchi un cap en concevant, pour la toute première fois, un dispositif capable de produire un hasard absolu, certifié par des principes fondamentaux de la physique quantique.

Un système basé sur deux puces supraconductrices

L’expérience, menée par les professeurs Renato Renner et Andreas Wallraff, repose sur deux puces supraconductrices, chacune représentant un bit quantique (qubit). Ces puces sont refroidies à des températures proches du zéro absolu et reliées par un tube de trente mètres, lui-même cryogénisé. Des photons micro-ondes peuvent circuler entre les deux qubits, créant un état d’intrication quantique. Cela signifie que la mesure aléatoire de l’un des qubits influence instantanément le résultat de l’autre, et cela sans aucun échange d’information entre eux, même à la vitesse de la lumière.

« Amplification de l’aléatoire » via un test de Bell

Le point crucial, expliquent les chercheurs, est qu’ils n’ont pas cherché à éliminer le biais en amont, mais à l’exploiter pour en extraire un hasard pur. Le choix du type de mesure (la « base de mesure ») sur chaque qubit est confié à un générateur de nombres aléatoires imparfait. Les résultats sont ensuite traités par un algorithme conçu par l’équipe de Renato Renner, qui amplifie la part d’aléa jusqu’à rendre la séquence finale totalement imprévisible. Cette amplification est permise par une version améliorée du célèbre test de Bell, qui combine pour la première fois une qualité de mesure élevée et un débit de données suffisant.

Un résultat « parfait pour l’éternité »

« La séquence de zéros et de uns obtenue est désormais réellement parfaitement aléatoire, et nous pouvons même le certifier », déclare Renato Renner. Utilisant une métaphore, il compare cette réalisation au franchissement d’une crête : les améliorations techniques ont permis, pour la première fois, de générer des nombres aléatoires qui resteront parfaitement aléatoires « pour l’éternité », quels que soient les outils d’analyse employés.

Implications pour la sécurité numérique

Au-delà de la prouesse fondamentale, cette découverte ouvre des perspectives concrètes. Les chercheurs comparent le rôle potentiel de cette source de hasard certifié à celui des horloges atomiques pour la mesure du temps : une référence physique fiable sur laquelle d’autres systèmes peuvent s’appuyer. Les applications envisagées couvrent le chiffrement de communications sensibles, l’authentification d’identités numériques, les loteries, les blockchains, et plus généralement tous les systèmes de sécurité qui exigent une source d’aléa impossible à prédire ou à reproduire.

L’étude, publiée dans la revue Nature, est le fruit d’une collaboration entre les départements de physique théorique et expérimentale de l’ETH Zurich. Les résultats ont été vérifiés par des pairs et les données rendues accessibles à la communauté scientifique.

Un pas de plus vers la sécurité quantique

Si les méthodes cryptographiques actuelles sont robustes, leur sécurité repose en dernière analyse sur la qualité de l’aléa employé. Un hasard parfaitement certifiable, comme celui obtenu par l’équipe zurichoise, pourrait devenir un maillon essentiel des futures communications sécurisées, notamment dans le cadre de la cryptographie quantique.