Podcast avec Wenmiao Yu - Les dés quantiques

Mon invité aujourd'hui est Wenmiao Yu, cofondateur et directeur du développement commercial de Quantum Dice. Nous avons parlé des générateurs quantiques de nombres aléatoires : pourquoi ils sont nécessaires, comment ils fonctionnent, et bien plus encore.

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Yuval: Bonjour Wenmiao, et merci de m'avoir rejoint aujourd'hui.

Wenmiao: Merci de m'accueillir, Yuval.

Yuval : Qui êtes-vous et que faites-vous ?

Wenmiao: Oui, je suis l'un des cofondateurs et le directeur du développement commercial de Quantum Dice. Nous sommes une spin-out relativement récente de l'Université d'Oxford, et nous développons un générateur quantique de nombres aléatoires pour la cybersécurité.

Yuval: Comment se déploie un générateur quantique de nombres aléatoires ? S'agit-il d'une puce ? S'agit-il d'un service ? S'agit-il d'autre chose ?

Wenmiao: C'est une très bonne question. À l'heure actuelle, il existe plusieurs façons de déployer les nombres aléatoires quantiques. Vous pouvez avoir des nombres aléatoires en tant que service, ou vous pouvez avoir un dispositif physique mis en œuvre à l'intérieur, par exemple, de votre ordinateur qui génère des nombres aléatoires. Mais chez Quantum Dice, nous nous concentrons sur la fabrication d'un dispositif matériel qui est un générateur de nombres aléatoires quantiques. Et nous fabriquons plusieurs facteurs de forme différents afin de répondre à certaines demandes de nos clients.

Par exemple, nous disposons actuellement d'un générateur quantique de nombres aléatoires de la taille d'une boîte à chaussures. C'est ce que nous donnons, par exemple, aux opérateurs de télécommunications pour qu'ils l'utilisent comme source externe d'entropie dans leurs systèmes de sécurité. Mais en même temps, nous travaillons aussi, par exemple, sur une version miniaturisée et sur puce de notre générateur quantique de nombres aléatoires. Celui-ci sera intégré dans des appareils IoT, allant des smartphones aux petits satellites, et servira de générateur de clés sur l'appareil pour les protocoles de cybersécurité.

Yuval: Pourquoi faut-il un générateur de nombres aléatoires ? Et je suis sûr qu'il y a des générateurs de nombres aléatoires aujourd'hui, alors qu'est-ce qui est différent dans les générateurs de nombres aléatoires quantiques ?

Wenmiao: Oh, c'est une très bonne question. Si je commence par le début, je dirais qu'il existe actuellement trois types principaux de générateurs de nombres aléatoires. Historiquement, les gens ont utilisé des générateurs de nombres pseudo-aléatoires, qui sont basés sur des algorithmes informatiques. Comme leur nom l'indique, ils ne sont que pseudo-aléatoires, ce qui signifie que, par exemple, dans les applications de haute sécurité, ils sont vulnérables aux biais et aux attaques par force brute.

Ensuite, on a cherché à utiliser des processus classiques pour générer des nombres aléatoires. Il existe ainsi des dispositifs physiques de génération de nombres aléatoires basés, par exemple, sur la désintégration radioactive. C'est à partir de ce processus aléatoire que les nombres aléatoires sont collectés. Cependant, les limites des générateurs de nombres aléatoires classiques basés sur le matériel sont d'abord limitées par le taux de génération de vrais nombres aléatoires. De plus, comme il s'agit de dispositifs physiques, ils sont vulnérables aux attaques directes sur le matériel lui-même ou, par exemple, à la dégradation physique du dispositif au fil du temps.

C'est pourquoi, au cours des 10 ou 20 dernières années, les universitaires ont cherché à utiliser la mécanique quantique, qui est elle-même un processus intrinsèquement aléatoire, pour générer de véritables nombres aléatoires. Et je dirais qu'il y a environ 20 ans, ces recherches ont lentement commencé à sortir des laboratoires universitaires pour se diriger vers des applications plus commerciales.

La plupart des générateurs de nombres aléatoires quantiques actuels fonctionnent sur la base d'un processus quantique. Par exemple, un laser qui frappe un séparateur de faisceau, et lorsqu'un laser frappe un séparateur de faisceau, le photon peut soit passer tout droit, soit être réfléchi vers le haut. C'est une chance sur deux, et c'est de cette chance que proviennent les vrais nombres aléatoires.

C'est également sur ce principe que repose le QRNG de Quantum Dice. Mais nous avons fait un pas en avant, avec un brevet appelé Source Device Independent Self-Certification (autocertification indépendante du dispositif source), développé à l'Université d'Oxford. Cela signifie que nous disposons d'un protocole appelé ^DISCTM, qui surveille en permanence l'appareil physique et qui est capable de détecter en temps réel tout changement survenu sur l'appareil physique, mais aussi de s'adapter en temps réel aux changements survenus sur l'appareil physique. Cela signifie que nos utilisateurs peuvent toujours avoir la garantie d'un niveau minimum de vrais nombres aléatoires provenant uniquement du processus quantique lui-même.

Yuval: Vous avez mentionné le taux de génération des nombres quantiques. À quelle vitesse devez-vous les générer, et pourquoi ? N'est-il pas possible de générer un nombre aléatoire une fois par seconde ou par minute ?

Wenmiao: Cela dépend vraiment de l'usage que l'utilisateur veut faire du générateur de nombres aléatoires. Par exemple, comme vous l'avez dit, si j'étais chez moi un vendredi soir et que je jouais à un jeu de hasard avec mes amis, nous n'aurions besoin de générer qu'un seul nombre aléatoire, je dirais, toutes les 10 ou 20 secondes pour le jeu auquel nous jouons. Mais dans les applications de haute sécurité, par exemple dans les réseaux de télécommunication où d'énormes quantités de données doivent être cryptées à tout moment, le taux de génération des clés de cryptage provenant du générateur de nombres aléatoires doit être en mesure de répondre à cette demande. Actuellement, dans nos laboratoires, nous pouvons générer jusqu'à 8,05 Gbps de nombres aléatoires post-traités et véritablement quantiques à partir de notre appareil.

Et dans l'une des applications que nous étudions également, à savoir l'utilisation de notre générateur quantique de nombres aléatoires dans le cadre de la distribution quantique de clés par satellite, qui est une forme de communication quantique sécurisée, il faut qu'au moins 400 Mbps de nombres aléatoires proviennent du générateur quantique de nombres aléatoires.

Yuval: Le nombre aléatoire doit-il également être connu de l'autre côté ? Ou s'agit-il d'un seul côté ?

Wenmiao: Cela dépend du protocole de cryptage utilisé. Notre premier produit est ce générateur quantique de nombres aléatoires qui peut être utilisé dans les protocoles de cryptage classiques, tels que le protocole RSA, mais aussi dans la distribution quantique des clés. Le protocole exact déterminera alors si la clé est connue ou non.

Yuval: Où voyez-vous les premiers utilisateurs de votre technologie ?

Wenmiao: Les premiers utilisateurs de notre technologie, le générateur quantique de nombres aléatoires, sont les sources d'entropie pour les clés de cryptage utilisées dans tous les protocoles de cryptage. Presque tous les protocoles de cryptage utilisés de nos jours, qu'ils soient classiques ou quantiques, ont besoin d'une source de nombres aléatoires pour générer ces clés de cryptage. C'est donc l'un des premiers utilisateurs.

En ce qui concerne les secteurs qui ont besoin de ce niveau de sécurité très élevé offert par un QRNG dans le système de cryptage, nous avons constaté une demande de la part des secteurs financier et gouvernemental. Mais ce qui est encore plus intéressant, c'est que les gens ont également cherché à utiliser la qualité supérieure des nombres aléatoires d'un générateur quantique de nombres aléatoires dans leurs simulations. Par exemple, plusieurs groupes de recherche et plusieurs articles ont utilisé les nombres aléatoires d'un générateur quantique de nombres aléatoires dans leurs simulations de Monte Carlo. Et ils ont pu montrer que, grâce à une meilleure qualité de l'aléatoire, ils ont pu réduire le temps de convergence de ces simulations de Monte Carlo. Les simulations sont donc l'un des domaines dans lesquels les QRNG suscitent actuellement un grand intérêt.

Yuval: Mais pour les simulations, je n'ai pas besoin d'autant de nombres aléatoires. Je veux dire, je pourrais imaginer acheter une de vos puces, générer huit gigas de nombres, et il y en aura assez pour 15 ans, n'est-ce pas, pour les simulations ?

Wenmiao: Mm-hmm (affirmatif), c'est vrai. C'est vrai en ce qui concerne le taux de nombres aléatoires nécessaire. Mais le principal avantage de notre QRNG dans les simulations est cette meilleure qualité de hasard, qu'ils utilisent ensuite pour ensemencer les protocoles de simulation. Et c'est uniquement parce que la mécanique quantique est intrinsèquement un processus véritablement aléatoire et statistique que nous pouvons tirer parti de cette meilleure qualité de nombres aléatoires. Ce qui permet, dans certains cas, d'accélérer les simulations.

Yuval: Je ne suis pas un expert en génération de nombres aléatoires, comme vous avez pu vous en rendre compte. Mais je pense qu'il y a d'autres entreprises qui font de la génération de nombres aléatoires quantiques. Votre spécificité réside-t-elle dans votre capacité à détecter les changements dans la source, ou est-ce autre chose ?

Wenmiao: Oui, bien sûr. Je dirais qu'il y a un certain nombre d'entreprises qui développent des générateurs de nombres aléatoires quantiques. Mais ce qui fait notre spécificité, c'est notre protocole d'autocertification indépendant de l'appareil source. Il s'agit de notre brevet, et ce processus d'autocertification signifie que nous sommes en mesure de garantir que les nombres aléatoires provenant de notre appareil sont uniquement issus d'un processus quantique.

Je vais prendre un peu de recul et expliquer pourquoi c'est important, à la fois pour nos utilisateurs et pour les utilisateurs finaux des protocoles de cryptage. Toute mise en œuvre physique d'un processus quantique introduit un bruit classique indésirable dans le système. Ce que je veux dire par là, c'est que nous utilisons par exemple un laser comme source quantique, mais dans notre QRNG, ce laser doit être intégré à d'autres composants électroniques. Ce sont ces composants supplémentaires qui constituent le dispositif QRNG et qui ajoutent un bruit classique indésirable. Jusqu'à présent, personne n'a été en mesure de le faire, mais grâce à notre protocole d'autocertification, nous sommes en mesure de filtrer efficacement le bruit électronique indésirable, ou le bruit classique indésirable, avant de générer les nombres aléatoires, ce qui signifie que les nombres aléatoires qui sortent de notre générateur quantique de nombres aléatoires proviennent uniquement d'un processus quantique. Nous pouvons donc avoir un certain niveau de garantie sur la qualité des nombres aléatoires qui ont été générés.

Yuval: C'est donc inhérent au processus de génération de nombres aléatoires. Il ne s'agit pas d'un algorithme de post-traitement qui pourrait être utilisé avec d'autres sources de QRNG, est-ce exact ?

Wenmiao: Oui. C'est quelque chose que nous étudions. Mais pour nous, il s'agit à la fois de la façon dont notre architecture physique QRNG est mise en place et du post-traitement qui s'ensuit.

Yuval: Dans combien de temps sera-t-il disponible ?

Wenmiao: Il est disponible dès maintenant, en fait. Pour l'instant, nous disposons d'un générateur de nombres aléatoires quantiques de la taille d'une boîte à chaussures, et c'est ce que les gens utilisent pour des essais technologiques ou pour des projets de développement de type "validation de principe". Nous envisageons de proposer un générateur de nombres aléatoires quantiques plus petit, de la taille d'une clé USB, vers la fin de l'année.

Yuval: Parlez-moi un peu de votre entreprise. Quelle est votre taille ? Quand avez-vous commencé ? Comment l'entreprise a-t-elle démarré ? Comment êtes-vous financés ? Tout ce que vous voudrez bien me dire.

Wenmiao: Oh, mon Dieu, j'en suis ravie. J'ai donc rencontré mes quatre autres cofondateurs en juillet 2019. Nous nous sommes tous rencontrés dans le cadre du programme Student Entrepreneurs de l'Université d'Oxford, et c'était la première fois que notre université organisait ce programme. Ce programme était organisé par Oxford Sciences Enterprises, notre société locale de capital-risque, ainsi que par Oxford University Innovation, le département de transfert de technologie d'Oxford.

Leur idée était de donner à des groupes d'étudiants, pendant quatre semaines, l'accès à des brevets appartenant à l'université, afin de les initier progressivement à la réalisation d'études de marché, à la collecte de fonds, à l'élaboration d'un plan d'entreprise et à la présentation d'un projet. À la fin des quatre semaines, nous avons eu l'occasion de participer à une journée de démonstration, au cours de laquelle nous avons présenté notre plan d'affaires pour la commercialisation du générateur quantique de nombres aléatoires auto-certifiant, aux directeurs d'Oxford University Innovation, ainsi qu'à certains des investisseurs en capital-risque d'Oxford Sciences Enterprises.

Nous avons été l'équipe gagnante du programme StEP initial, ce qui signifie que nous avons obtenu un financement initial qui nous a permis de mettre en production notre premier lot de prototypes de générateurs quantiques de nombres aléatoires. Et, presque par hasard, au cours de ce programme StEP, nous avons également rencontré certains des directeurs du Quantum Technology Enterprise Center basé à Bristol, qui est le seul incubateur de technologie quantique matérielle en phase de démarrage au Royaume-Uni.

Ils nous ont parlé de leur programme de bourses, et moi-même et l'un de mes cofondateurs avons postulé et obtenu des bourses d'entreprise, ce qui signifie que nous avons passé un peu plus d'un an à Bristol, à développer le plan d'affaires de Quantum Dice, à faire des études de marché et, en même temps, bien sûr, à travailler en étroite collaboration avec le reste de notre équipe de cofondateurs pour mettre au point notre présentation initiale.

Où nous en sommes aujourd'hui : nous avons clôturé notre première levée de fonds en capital-risque au milieu de l'année dernière et nous avons emménagé dans nos bureaux et nos laboratoires au Centre d'innovation d'Oxford, situé dans le centre d'Oxford. Nous avons été très occupés à intégrer de nouveaux employés, principalement des ingénieurs en photonique et en électronique, et nous sommes actuellement à la recherche d'un cryptographe. Nous avons tous emménagé et commencé à travailler au développement de notre propre produit, ainsi qu'à d'autres projets financés par Innovate UK que nous menons avec certains partenaires.

Yuval: Et votre parcours, qu'avez-vous étudié à Oxford ?

Wenmiao: Oui, j'ai une formation en chimie. J'ai fait ma licence et mon master intégré au Balliol College d'Oxford. J'ai toujours su que je voulais travailler avec la technologie, mais je savais aussi que je ne voulais pas nécessairement passer ma vie dans un laboratoire de recherche à développer ces technologies. Pendant mes études universitaires, j'ai toujours été à l'affût d'opportunités me permettant de faire l'expérience directe de l'esprit d'entreprise, ce qui signifie que dès que j'ai entendu parler du programme StEP mis en place par notre université, j'ai su que je devais y participer.

Yuval: Avez-vous mis votre diplôme en pause ou l'avez-vous terminé ? Ou êtes-vous en train de le terminer au fur et à mesure ?

Wenmiao: Oh, eh bien, le timing a vraiment bien fonctionné, en fait. J'ai commencé le programme StEP pendant l'été de ma dernière année à l'université. En fait, je me souviens que le premier jour du programme, le 1er juillet 2019, j'ai également participé à la soutenance de mon mémoire de maîtrise. Je me souviens d'avoir assisté à la première matinée de ce programme, puis d'être allée en toute hâte au département de chimie pour faire ma soutenance. Je pense donc que le timing était très bien choisi. J'ai obtenu mon diplôme en août 2019, puis j'ai déménagé à Bristol en novembre 2019 pour participer à la bourse du Quantum Technology Enterprise Center.

Yuval: Alors que nous approchons de la fin de notre conversation d'aujourd'hui, je me demande s'il y a des zones géographiques particulières qui s'intéressent davantage aux générateurs quantiques de nombres aléatoires. Par exemple, est-ce que c'est plus aux États-Unis, plus en Extrême-Orient, plus au Royaume-Uni ? Constatez-vous des différences particulières entre les continents ou les zones géographiques en ce qui concerne l'intérêt ?

Wenmiao: C'est une très bonne question, Yuval. Je peux y répondre de deux manières. Tout d'abord, si l'on considère l'intérêt pour le développement et l'amélioration de la technologie des générateurs quantiques de nombres aléatoires, je pense qu'il s'agit d'un effort mondial. Cela dit, l'une des plus anciennes entreprises de générateurs quantiques de nombres aléatoires était en fait une société suisse qui s'est installée en Corée du Sud il y a quelques années. Et depuis qu'elle s'est installée en Corée du Sud, nous avons vu, par exemple, des smartphones Samsung appelés Samsung Galaxy A Quantum, et chacun de ces smartphones a, en fait, une puce de générateur quantique de nombres aléatoires pour assurer la sécurité de l'appareil.

Nous voyons donc certains des mouvements en termes de QRNG appliqués aux dispositifs IoT commerciaux en Extrême-Orient, mais nous voyons également des applications ici au Royaume-Uni, en Europe, ainsi qu'aux États-Unis, où les QRNG sont appliqués à certains des modules de sécurité plus traditionnels (HSM), qui sont, par exemple, utilisés pour sécuriser les centres de données ou les réseaux de télécommunication.

Yuval: Et la puce elle-même, est-elle assez facile à fabriquer, ou n'y a-t-il que quelques endroits dans le monde qui pourraient être capables de fabriquer l'appareil ?

Wenmiao: En ce qui concerne la puce QRNG, je dirais que, d'une manière générale, elle en est encore à un stade de développement très précoce. Cependant, lorsqu'il s'agira de fabriquer ce volume dans quelques années, je pense que les fonderies auxquelles nous devrons faire appel se trouveront soit aux États-Unis, soit en Asie.

Yuval: Comment les gens peuvent-ils vous contacter pour en savoir plus sur votre travail ?

Wenmiao: Nous sommes toujours heureux d'entendre des personnes intéressées par la génération quantique de nombres aléatoires. Vous pouvez nous contacter à Quantum Dice sur LinkedIn, ou vous pouvez me parler directement, si vous envoyez un courriel à wenmiao.yu@quantum-dice.com.

Yuval: Et pour finir, avez-vous une blague sur les nombres au hasard à partager avec nous ?

Wenmiao: Malheureusement non. Mais je dois vous dire que la quantité de blagues de Schrödinger que j'ai entendues au cours des deux dernières années et demie m'a laissé un répertoire très solide.

Yuval: Parlez-m'en. Wenmiao, merci beaucoup de vous être jointe à moi aujourd'hui.

Wenmiao: Merci beaucoup, Yuval. C'est un plaisir de parler avec vous.

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