Den fulla kraften hos nästa generations kvantdatorer kan snart utnyttjas av miljontals individer och företag, tack vare ett genombrott av forskare vid Oxford University Physics som garanterar säkerhet och integritet. Detta framsteg lovar att låsa upp den transformativa potentialen hos molnbaserad kvantberäkning och beskrivs i en ny studie publicerad i Physical Review Letters . Uppsatsen har titeln "Verifierbar blind kvantberäkning med fångade joner och enstaka fotoner."
Quantum computing utvecklas snabbt, vilket banar väg för nya applikationer som kan förändra tjänster inom många områden som hälsovård och finansiella tjänster. Det fungerar på ett fundamentalt annat sätt än konventionella datorer och är potentiellt mycket kraftfullare. Men det kräver för närvarande kontrollerade förhållanden för att förbli stabila och det finns farhågor kring dataäkthet och effektiviteten hos nuvarande säkerhets- och krypteringssystem.
Flera ledande leverantörer av molnbaserade tjänster, som Google, Amazon och IBM, erbjuder redan separat vissa delar av kvantberäkning. Att skydda integriteten och säkerheten för kunddata är en viktig föregångare till att skala upp och utöka användningen och för utvecklingen av nya applikationer i takt med att tekniken går framåt. Den nya studien av forskare vid Oxford University Physics tar upp dessa utmaningar.
"Vi har för första gången visat att kvantberäkningar i molnet kan nås på ett skalbart, praktiskt sätt som också ger människor fullständig säkerhet och integritet för data, plus möjligheten att verifiera dess äkthet", säger professor David Lucas, som leder forskargruppen för Oxford University Physics och är ledande forskare vid UK Quantum Computing and Simulation Hub, ledd från Oxford University Physics.
I den nya studien använder forskarna ett tillvägagångssätt kallat "blind quantum computing", som kopplar samman två helt separata kvantberäkningsenheter - potentiellt en individ hemma eller på ett kontor som kommer åt en molnserver - på ett helt säkert sätt. Viktigt är att deras nya metoder kunde skalas upp till stora kvantberäkningar.
"Genom att använda blind kvantberäkning kan klienter komma åt avlägsna kvantdatorer för att bearbeta konfidentiell data med hemliga algoritmer och till och med verifiera att resultaten är korrekta, utan att avslöja någon användbar information. Att inse detta koncept är ett stort steg framåt både inom kvantberäkning och att hålla vår information säker. online", säger studieledaren Dr. Peter Drmota, vid Oxford University Physics.
Forskarna skapade ett system som består av en fibernätverkslänk mellan en kvantdatorserver och en enkel enhet som upptäcker fotoner, eller ljuspartiklar, på en oberoende dator som fjärråtkomst till dess molntjänster. Detta möjliggör så kallad blind quantum computing över ett nätverk.
Varje beräkning medför en korrigering som måste tillämpas på allt som följer och behöver realtidsinformation för att följa algoritmen. Forskarna använde en unik kombination av kvantminne och fotoner för att uppnå detta.
"Aldrig i historien har frågorna kring integritet av data och kod diskuterats mer brådskande än i den nuvarande eran av molnberäkningar och artificiell intelligens", säger professor David Lucas. "När kvantdatorer blir mer kapabla kommer människor att försöka använda dem med fullständig säkerhet och integritet över nätverk, och våra nya resultat markerar en stegvis förändring i förmågan i detta avseende."
Resultaten kan i slutändan leda till kommersiell utveckling av enheter för att ansluta till bärbara datorer, för att skydda data när människor använder kvantmolntjänster.
Forskare som utforskar kvantberäkningar och teknologier vid Oxford University Physics har tillgång till den toppmoderna Beecroft laboratorieanläggningen, speciellt konstruerad för att skapa stabila och säkra förhållanden inklusive eliminering av vibrationer.
Mer information: P. Drmota et al, Verifiable Blind Quantum Computing with Trapped Ions and Single Photons, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.150604
Journalinformation: Fysiska granskningsbrev
Tillhandahålls av University of Oxford
