Quantum computing:Når uvidenhed er ønsket

Kvantecomputere lover ikke kun at overgå klassiske maskiner i visse vigtige opgaver, men også for at bevare privatlivets fred for databehandlingen. Den sikre uddelegering af beregninger har været et stadig vigtigere emne siden muligheden for at bruge cloud computing og cloud-netværk. Af særlig interesse er evnen til at udnytte kvanteteknologi, der giver mulighed for ubetinget sikkerhed, hvilket betyder, at der ikke skal laves nogen antagelser om en potentiel modstanders regnekraft.

Forskellige kvanteprotokoller er blevet foreslået, som alle foretager afvejninger mellem beregningsmæssig ydeevne, sikkerhed, og ressourcer. Klassiske protokoller, for eksempel, er enten begrænset til trivielle beregninger eller er begrænset i deres sikkerhed. I modsætning, homomorfisk kvantekryptering er en af ​​de mest lovende ordninger til sikker delegeret beregning. Her, klientens data er krypteret på en sådan måde, at serveren kan behandle dem, selvom han ikke kan dekryptere dem. I øvrigt, i modsætning til andre protokoller, klienten og serveren behøver ikke at kommunikere under beregningen, hvilket dramatisk øger protokollens ydeevne og funktionalitet.

I et internationalt samarbejde ledet af prof. Philip Walther fra videnskabsmænd fra Wiens Universitet fra Østrig, Singapore og Italien gik sammen om at implementere en ny kvanteberegningsprotokol, hvor klienten har mulighed for at kryptere sine inputdata, så computeren ikke kan lære noget om dem, stadig kan udføre beregningen. Efter beregningen, klienten kan derefter dekryptere outputdataene igen for at udlæse resultatet af beregningen. Til den eksperimentelle demonstration, holdet brugte kvantelys, som består af individuelle fotoner, at implementere denne såkaldte homomorfe kvantekryptering i en 'quantum walk'-proces. Kvantevandringer er interessante eksempler på specielle formål på kvanteberegning, fordi de er svære for klassiske computere, mens det er muligt for enkelte fotoner.

Ved at kombinere en integreret fotonisk platform bygget på det polytekniske universitet i Milano, sammen med et nyt teoretisk forslag udviklet ved Singapore University of Technology and Design, videnskabsmand fra universitetet i Wien demonstrerede sikkerheden af ​​de krypterede data og undersøgte adfærden, der øgede kompleksiteten af ​​beregningerne.

Holdet var i stand til at vise, at sikkerheden af ​​de krypterede data forbedres, jo større dimensionen af ​​kvantevandringsberegningen bliver. Desuden, nyligt teoretisk arbejde indikerer, at fremtidige eksperimenter, der udnytter forskellige fotoniske frihedsgrader, også vil bidrage til en forbedring af datasikkerheden; man kan forudse yderligere optimeringer i fremtiden. "Vores resultater indikerer, at sikkerhedsniveauet forbedres yderligere, når man øger antallet af fotoner, der bærer dataene, " siger Philip Walther og konkluderer, "det er spændende, og vi forventer yderligere udvikling af sikker kvanteberegning i fremtiden."

Undersøgelsen er offentliggjort i npj Kvanteinformation .