Kvantdatorer lovar inte bara att överträffa klassiska maskiner i vissa viktiga uppgifter, men också för att upprätthålla integriteten för databehandling. Säker delegering av beräkningar har blivit en allt viktigare fråga sedan möjligheten att använda cloud computing och molnnätverk. Av särskilt intresse är förmågan att utnyttja kvantteknologi som möjliggör ovillkorlig säkerhet, vilket innebär att inga antaganden om beräkningskraften hos en potentiell motståndare behöver göras.

Olika kvantprotokoll har föreslagits, som alla gör avvägningar mellan beräkningsprestanda, säkerhet, och resurser. Klassiska protokoll, till exempel, är antingen begränsade till triviala beräkningar eller är begränsade i sin säkerhet. I kontrast, homomorfisk kvantkryptering är ett av de mest lovande systemen för säker delegerad beräkning. Här, klientens data är krypterad på ett sådant sätt att servern kan bearbeta den även om han inte kan dekryptera den. Dessutom, i motsats till andra protokoll, klienten och servern behöver inte kommunicera under beräkningen, vilket dramatiskt ökar protokollets prestanda och funktionalitet.

I ett internationellt samarbete ledd av professor Philip Walther från universitetet i Wien, forskare från Österrike, Singapore och Italien gick ihop för att implementera ett nytt kvantberäkningsprotokoll där klienten har möjlighet att kryptera sin indata så att datorn inte kan lära sig något om dem, men kan fortfarande utföra beräkningen. Efter beräkningen, klienten kan sedan dekryptera utdata igen för att läsa ut resultatet av beräkningen. För den experimentella demonstrationen, laget använde kvantljus, som består av individuella fotoner, att implementera denna så kallade homomorfa kvantkryptering i en "quantum walk"-process. Kvantvandringar är intressanta exempel för speciella ändamål på kvantberäkning eftersom de är svåra för klassiska datorer, medan det är möjligt för enstaka fotoner.

Genom att kombinera en integrerad fotonisk plattform byggd vid Polytechnic University of Milano, tillsammans med ett nytt teoretiskt förslag utvecklat vid Singapore University of Technology and Design, forskare från universitetet i Wien demonstrerade säkerheten för krypterad data och undersökte beteendet som ökade komplexiteten i beräkningarna.

Teamet kunde visa att säkerheten för de krypterade data förbättras ju större dimensionen av kvantpromenaden blir. Vidare, färskt teoretiskt arbete indikerar att framtida experiment som utnyttjar olika fotoniska frihetsgrader också skulle bidra till en förbättring av datasäkerheten; man kan förutse ytterligare optimeringar i framtiden. "Våra resultat indikerar att säkerhetsnivån förbättras ytterligare, när man ökar antalet fotoner som bär data, " säger Philip Walther och avslutar "det här är spännande och vi förväntar oss ytterligare utvecklingar av säker kvantberäkning i framtiden."

Studien publiceras i npj Quantum Information .