Retrospektiv test for kvantecomputere kan opbygge tillid

Teknologivirksomheder kæmper om at lave kommercielle kvantecomputere. En ny ordning fra forskere i Singapore og Japan kan hjælpe kunderne med at skabe tillid til at købe tid på sådanne maskiner - og beskytte virksomheder mod uærlige kunder.

Kvantecomputere har potentiale til at løse problemer, der er uden for rækkevidde for selv nutidens største supercomputere, inden for områder som lægemiddelmodellering og optimering.

"Vores tilgang giver en måde at generere et bevis på, at en beregning var korrekt, efter det er afsluttet, "forklarer Joseph Fitzsimons, en hovedforsker ved Singapores Center for Quantum Technologies og adjunkt ved Singapore University of Technology and Design. Fitzsimons udførte arbejdet med kollega Michal Hajdusek og samarbejdspartner Tomoyuki Morimae, der er på Kyoto University i Japan. Deres forslag offentliggøres i Fysisk gennemgangsbreve .

Kvantecomputere i dag er omfangsrige, specialiserede maskiner, der kræver omhyggelig vedligeholdelse, hvilket betyder, at folk er mere tilbøjelige til at få adgang til maskiner, der ejes og drives af en tredjepart end at have deres egne - som en kvanteversion af en cloud -tjeneste. Kunder, der sender data og programmer til en kvantecomputer, vil kontrollere, at deres instruktioner er blevet udført, som de havde til hensigt. Dette problem med verifikation er blevet løst før, men tidligere løsninger krævede, at kunden interagerede med kvantecomputeren, mens den kørte beregningen.

Den slags frem og tilbage-kommunikation er ikke nødvendig i den nye ordning. "Hvis du får et resultat, der ser uhyggeligt ud, du kan vælge at bekræfte resultatet, i det væsentlige retrospektivt, "siger Fitzsimons. Verifikation beskytter mod en kvantecomputer, der ikke fungerer korrekt på grund af en utilsigtet fejl eller endda ondsindet manipulation.

Forbedringen kommer fra, hvordan beregningen kontrolleres. "Fremgangsmåden er en helt anden. Vi forsøger at producere en tilstand, der kan bruges som et vidne om beregningens rigtighed. De tidligere tilgange havde en form for fælde indbygget i beregningen, der bliver tjekket, mens du følger med, " forklarer Fitzsimons.

Vidnetstaten registrerer hvert trin i beregningen. Det betyder, at den skal have lige så mange bits, som beregningen har trin. For eksempel, hvis en beregning har 1000 trin, på 100 qubits, vidnet skulle være 1100 qubits langt.

Forskergruppen præsenterer to post-hoc-verifikationsordninger, baseret på forskellige måder at teste vidnestaten på. Det første kræver, at kunden kan sende og måle kvantebit. I praksis, dette betyder, at de ville have brug for noget specialiseret hardware og en linje til at sende disse qubits til ejeren af ​​kvantecomputeren. Kunden måler derefter vidnet direkte.

I den anden ordning, kunden kan være uden kvanteværktøjer - kommunikation over det almindelige internet ville gøre det - men kvantecomputeren, der foretager beregningen, skal være forbundet med fem andre kvantecomputere, der hjælper med at kontrollere vidnetilstanden, spiller en rolle som bevisere.

"Det vil være svært at lave et eksperiment for at demonstrere post-hoc-verifikation, men måske ikke umuligt ", siger Fitzsimons. En udfordring er størrelsen af ​​de kvantecomputere, der er tilgængelige i dag - de største er omkring 50 qubits. En anden er, at de netværksopsætninger, der kræves til prover -ordningerne, ikke findes - i hvert fald ikke endnu.

Forskerne pakker deres papir op ved at påpege en interessant fordel ved post-hoc-verifikationsordningen:Det er ikke kun kunden, der kunne kontrollere, at en beregning blev udført korrekt. Ordningen tillader offentlig kontrol. Vidnet kunne kontrolleres af en betroet tredjepart, såsom en domstol. Dette kan beskytte virksomheden, hvis sige, en kunde hævdede, at beregningen ikke blev udført korrekt for at undgå at betale for tjenesten.