Tekniska företag tävlar om att göra kommersiella kvantdatorer. Ett nytt system från forskare i Singapore och Japan kan hjälpa kunder att skapa förtroende för att köpa tid på sådana maskiner - och skydda företag från oärliga kunder.

Kvantdatorer har potential att lösa problem som är utom räckhåll för även dagens största superdatorer, inom områden som läkemedelsmodellering och optimering.

"Vår metod ger ett sätt att generera ett bevis på att en beräkning var korrekt, efter att det har slutförts, "förklarar Joseph Fitzsimons, en huvudutredare vid Singapores Center for Quantum Technologies och biträdande professor vid Singapore University of Technology and Design. Fitzsimons utförde arbetet med kollegan Michal Hajdusek och medarbetaren Tomoyuki Morimae, som är vid Kyoto University i Japan. Deras förslag publiceras i Fysiska granskningsbrev .

Kvantdatorer idag är skrymmande, specialiserade maskiner som kräver noggrant underhåll, vilket innebär att människor är mer benägna att komma åt maskiner som ägs och drivs av en tredje part än att ha sina egna - som en kvantversion av en molntjänst. Kunder som skickar data och program till en kvantdator vill kontrollera att deras instruktioner har utförts som de tänkt sig. Detta problem med verifiering har hanterats tidigare, men tidigare lösningar krävde att kunden interagerade med kvantdatorn medan den körde beräkningen.

Den typen av fram och tillbaka-kommunikation är inte nödvändig i det nya schemat. "Om du får ett resultat som ser fiskigt ut, du kan välja att verifiera resultatet, i huvudsak retrospektivt, "säger Fitzsimons. Verifiering skyddar mot en kvantdator som inte fungerar korrekt på grund av ett oavsiktligt fel eller till och med skadlig manipulering.

Förbättringen kommer från hur beräkningen kontrolleras. "Tillvägagångssättet är helt annorlunda. Vi försöker skapa ett tillstånd som kan användas som ett vittne till beräkningens riktighet. De tidigare metoderna hade någon form av fälla inbyggd i beräkningen som kontrolleras när du går, "förklarar Fitzsimons.

Vittnesstaten registrerar varje steg i beräkningen. Det betyder att den måste ha lika många bitar som beräkningen har steg. Till exempel, om en beräkning har 1000 steg, på 100 qubits, vittnet skulle behöva vara 1100 qubits långt.

Forskargruppen presenterar två post-hoc-verifieringsscheman, baserat på olika sätt att testa vittnesstaten. Det första kräver att kunden kan skicka och mäta kvantbitar. I praktiken, det betyder att de skulle behöva lite specialiserad hårdvara och en rad för att skicka dessa qubits till ägaren av kvantdatorn. Kunden mäter sedan vittnet direkt.

I det andra schemat, kunden kan vara utan några kvantverktyg - kommunikation via vanligt internet skulle göra - men kvantdatorn som gör beräkningen måste vara nätverksansluten med fem andra kvantdatorer som hjälper till att kontrollera vittnesstatus, spela en roll som bevisare.

"Det kommer att vara svårt att göra ett experiment för att demonstrera post-hoc-verifiering, men kanske inte omöjligt ", säger Fitzsimons. En utmaning är storleken på de kvantdatorer som finns tillgängliga idag - de största är cirka 50 qubits. En annan är att de nätverksinställningar som krävs för prover -scheman inte finns - åtminstone inte ännu.

Forskarna avslutar sitt papper genom att påpeka en intressant fördel med posthoc-verifieringsschemat:Det är inte bara kunden som kan kontrollera att en beräkning utfördes korrekt. Systemet möjliggör offentlig kontroll. Vittnet kunde kontrolleras av en pålitlig tredje part, som en domstol. Detta kan skydda företaget om, säga, en kund hävdade att beräkningen inte gjordes korrekt för att undvika att betala för tjänsten.