La technologie de communication cryptographique quantique peut fournir une transmission de données sûre et sécurisée en médecine génomique

Toshiba Corporation, Tohoku Medical Megabank Organization (ToMMo) de l'Université de Tohoku et l'hôpital universitaire de Tohoku ont démontré que la technologie de communication cryptographique quantique peut fournir à la médecine génomique un environnement de gestion de données sûr et complètement sécurisé. Cela a été réalisé en (1) développant un système qui applique la technologie de communication cryptographique quantique au séquençage clinique, et (2) en utilisant ce système pour transmettre en toute sécurité des données d'analyse du génome du cancer (données de séquence d'exome), via un groupe d'experts en ligne auquel ont participé des médecins et d'autres experts. pour analyser les données séquencées (Figure 1). Il s'agit du premier développement et démonstration au monde d'un système utilisant la technologie de communication cryptographique quantique dans le domaine de la médecine génomique.

Le séquençage clinique est un nouvel examen en médecine génomique qui utilise un séquenceur de nouvelle génération pour lire la séquence génique d’un patient à très haute vitesse. Les résultats de l'analyse des données génomiques sont ensuite fournis aux médecins et à d'autres experts pour aider au diagnostic des patients et à la sélection des traitements. Ce système s'appuie sur et étend les capacités annoncées par Toshiba et ToMMo en janvier de cette année, et les réalisations de cette démonstration sont une étape majeure vers un système pratique qui fournira une médecine génomique sûre et sécurisée.

Cette recherche a été menée dans le cadre du Programme de création d'innovation stratégique (SIP) du Conseil pour la science et la technologie et l'innovation du Cabinet Office, «Society 5. 0 Realization Technology Utilizing Light and Quantum» (Quantum Science and Technology Research and Development Organisation). Toshiba, ToMMo et l'hôpital universitaire de Tohoku présenteront les détails de la démonstration et de la technologie lors de la conférence internationale QCrypt 2020 (10e conférence internationale sur la cryptographie quantique) du 10 au 14 août.

Figure 1: Vue d'ensemble de la démonstration

Détails

En janvier de cette année, Toshiba et ToMMo ont annoncé une série d'expériences de transmission de cryptographie quantique qui ont eu lieu en juillet et août 2019 qui ont réussi à transmettre des données de séquence du génome entier pour la première fois dans le monde. Depuis lors, et rejoints par l'hôpital universitaire de Tohoku, ils ont fait progresser la recherche en se concentrant sur deux domaines liés au séquençage clinique des patients atteints de cancer: le type de données à garder confidentielles; et des procédés pour utiliser la technologie cryptographique quantique dans le décryptage de données.

Le séquençage clinique couvre les données d’analyse du génome qui sont des informations personnelles hautement confidentielles étroitement liées à la santé et à la condition physique d’une personne et qui doivent être protégées. Pour la même raison, un soutien est également nécessaire pour les données générées par un groupe d’experts en ligne auquel participent des médecins et des experts qui partagent les données génétiques des patients et les résultats de diagnostic via un accès à distance.

Après avoir considéré cela, Toshiba, ToMMo et l'hôpital universitaire de Tohoku ont démontré avec succès le cryptage dans deux domaines à l'aide de la technologie de communication cryptographique quantique:

1. Transmission en temps réel des données d'analyse du génome (données de séquençage de l'exome)
2. Transmission de données pour un groupe d'experts en ligne, y compris l'analyse des résultats via les flux audio et visuels de la conférence.

Mise en œuvre de A:

La transmission des données d'analyse du génome utilise une cryptographie ponctuelle annoncée par Toshiba et ToMMo en janvier 2020. Les données génomiques sont cryptées au fur et à mesure qu'elles sont séquencées, avec une clé cryptographique distribuée à partir du système de distribution de clés quantiques, et transmises à l'aide du pavé unique . Le système de transmission est conçu pour être facile à utiliser. Les menus sur l’écran de l’opérateur permettent de sélectionner simplement le numéro de l’échantillon à analyser et la méthode de transmission.

Figure 2. Exemple de l'écran de l'interface graphique Web développée

Mise en œuvre de B:

Un environnement sécurisé pour le panel d'experts a été réalisé en mettant en place une transmission bidirectionnelle de signaux audio-visuels qui est liée à un serveur de gestion de clés qui stocke et gère les clés cryptographiques quantiques. Ce serveur reçoit des flux audio-visuels d'un système de conférence sur site, utilise un pavé unique pour les crypter et les transmet à un autre serveur de gestion de clés sur un site différent. Il utilise le même bloc-notes unique pour décrypter les flux audio-visuels cryptés de l'autre site et les transfère vers le système de conférence interne. Le résultat est un environnement totalement sécurisé où les données génomiques peuvent être discutées en toute confiance.

Toshiba, ToMMo et l'hôpital universitaire de Tohoku ont testé ce système de janvier à juillet de cette année. Ils ont effectué une transmission en temps réel de 96 échantillons de données de séquence d'exome à partir des génomes de patients cancéreux de l'hôpital universitaire de Tohoku et simulé une conférence en ligne de 65 minutes à laquelle ont participé un total de 10 médecins et autres professionnels de la santé. Les résultats ont confirmé que la technologie des communications cryptographiques quantiques soutenait des transferts de données à grande échelle à l'échelle du génome et des conférences de cas réactives en temps réel.

Ces résultats confirment que les communications cryptographiques quantiques permettent des transferts de données sécurisés et prennent en charge les communications et les diagnostics en temps réel. En plus de fournir une base sûre aux professionnels travaillant en génomique pour partager et discuter des données personnelles hautement confidentielles, il ouvre également la voie au développement futur des services de télémédecine, où les patients dans des endroits éloignés peuvent avoir confiance en la confidentialité des consultations avec les médecins.

Figure 3. Aperçu du système de conférence et images de la simulation réelle

Aperçu de la démonstration

Toshiba continuera de travailler à l'application pratique de la cryptographie quantique dans les domaines de haute sécurité, y compris les infrastructures médicales, financières et de communication. ToMMo et l'hôpital universitaire de Tohoku poursuivront leur étroite collaboration pour promouvoir l'utilisation de technologies TIC sûres et sécurisées pour soutenir le traitement médical basé sur les informations génomiques.