En 1965, en pleine Guerre froide, Francis Mareuil, un scientifique français, s'apprête à devenir espion. Tandis qu'il travaille pour les services secrets français et la CIA, il rencontre Lyudmila Goloubeva, une pianiste contrainte de collaborer avec le KGB. C'est le début d'une histoire d'amour… Mais comment savoir si les sentiments qui semblent les animer sont sincères ou guidés par des intérêts politiques ?
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