Hvorfor kan du stole på en kvantecomputer med hemmeligheder - selv over internettet

Her er scenariet:du har følsomme data og et problem, som kun en kvantecomputer kan løse. Du har ikke selv nogen kvanteenheder. Du kan købe tid på en kvantecomputer, men du vil ikke give dine hemmeligheder væk. Hvad kan du gøre?

Skriver ind Fysisk gennemgang X den 11. juli, forskere i Singapore og Australien foreslår en måde, du kan bruge en kvantecomputer sikkert på, endda over internettet. Teknikken kan skjule både dine data og dit program fra selve computeren. Deres arbejde modvirker tidligere antydninger af, at en sådan bedrift er umulig.

Scenariet er ikke langt ude. Kvantecomputere lover nye veje til at løse problemer inden for kryptografi, modellering og maskinlæring, spændende regering og industri. Sådanne problemer kan indebære fortrolige data eller være kommercielt følsomme.

Teknologigiganter investerer allerede i at bygge sådanne computere - og gøre dem tilgængelige for brugerne. For eksempel, 17. maj i år meddelte IBM, at den gør en kvantecomputer med 16 kvantebit tilgængelige for offentligheden gratis i skyen, samt en 17-qubit prototype kommerciel processor.

Sytten qubits er ikke nok til at overgå verdens nuværende supercomputere, men da kvantecomputere får qubits, de forventes at overstige mulighederne for enhver maskine, vi har i dag. Det burde drive efterspørgslen efter adgang.

"Vi ser på, hvad der er muligt, hvis du er en, der bare interagerer med en kvantecomputer på tværs af internettet fra din bærbare computer. Vi finder ud af, at det er muligt at skjule nogle interessante beregninger, "siger Joseph Fitzsimons, en hovedforsker ved Center for Quantum Technologies (CQT) ved National University of Singapore og lektor ved Singapore University of Technology and Design (SUTD), der ledede arbejdet.

Kvantecomputere arbejder ved at behandle bits af oplysninger, der er gemt i kvantetilstande. I modsætning til de binære bits, der findes i vores almindelige (dvs. klassiske) computere, hver en 0 eller 1, qubits kan være i superpositioner på 0 og 1. Qubits kan også vikles sammen, som menes at være afgørende for en kvantecomputers magt.

Ordningen designet af Fitzsimons og hans kolleger bringer hemmeligholdelse til en form for kvanteberegning drevet af målinger.

I denne ordning, kvantecomputeren fremstilles ved at sætte alle dens qubits i en særlig type sammenfiltret tilstand. Derefter udføres beregningen ved at måle qubits en efter en. Brugeren giver trinvise instruktioner for hver måling:trinene koder for både inputdata og programmet.

Forskere har tidligere vist, at brugere, der kan lave eller måle qubits for at overføre instruktioner til kvantecomputeren, kan skjule deres beregning. Det nye papir udvider denne magt til brugere, der kun kan sende klassiske bits - dvs. de fleste af os, for nu.

Dette er overraskende, fordi nogle datalogiske sætninger indebærer, at krypteret kvanteberegning er umulig, når kun klassisk kommunikation er tilgængelig.

Håbet om sikkerhed kommer fra, at kvantecomputeren ikke ved, hvilke trin i målesekvensen gør hvad. Kvantecomputeren kan ikke fortælle, hvilke qubits der blev brugt til input, hvilke til drift og hvilke til output.

"Det er ekstremt spændende. Du kan bruge denne unikke egenskab ved den målebaserede model for kvanteberegning-måden information flyder gennem staten på-som et kryptoværktøj til at skjule oplysninger fra serveren, "siger teammedlem Tommaso Demarie fra CQT og SUTD.

Selvom ejeren af ​​kvantecomputeren kunne forsøge at ombygge sekvensen af ​​målinger, der blev udført, uklarhed om hvert trins rolle fører til mange mulige fortolkninger af, hvilken beregning der blev foretaget. Den sande beregning er skjult blandt de mange, som en nål i en høstak.

Sættet med fortolkninger vokser hurtigt med antallet af qubits. "Sættet med alle mulige beregninger er eksponentielt stort - det er en af ​​de ting, vi beviser i avisen - og derfor er chancen for at gætte den rigtige beregning eksponentielt lille, "siger Fitzsimons. Et spørgsmål er stadig:kan meningsfulde beregninger være så sjældne blandt alle de mulige, at gætteriet bliver lettere? Det er det, forskerne skal kontrollere derefter.

Nicolas Menicucci på Center for Quantum Computation and Communication Technology ved RMIT University i Melbourne, Australien, og Atul Mantri hos SUTD, er medforfattere på arbejdet.

"Kvantecomputere blev berømt i 90'erne med opdagelsen af, at de kunne bryde nogle klassiske kryptografiske skemaer - men måske vil kvanteberegning i stedet være kendt for at gøre fremtiden for cloud computing sikker, «siger Mantri.