Meg tudja mondani egy klasszikus számítógép, hogy a kvantumszámítógép igazat mond-e? – A fizika világa

A kvantumszámítógépek képesek megoldani olyan problémákat, amelyek a klasszikus gépek számára lehetetlenek lennének, de ez a képesség egy figyelmeztetéssel jár: ha egy kvantumszámítógép választ ad, honnan tudod, hogy helyes-e? Ez különösen akkor sürgető, ha nincs közvetlen hozzáférése a kvantumszámítógéphez (mint a számítási felhőben), vagy nem bízik az azt üzemeltető személyben. Természetesen ellenőrizheti a megoldást a saját kvantumprocesszorával, de nem mindenkinek van kéznél.

Tehát van-e mód arra, hogy a klasszikus számítógépet a kvantumszámítás eredményének ellenőrzésére? Az osztrák kutatók szerint a válasz igen. Az Innsbrucki Egyetemen, az Osztrák Tudományos Akadémián és az Alpine Quantum Technologies GmbH-nál dolgozó csapat kísérletileg végrehajtotta a Mahadev protokollnak nevezett folyamatot, amely úgynevezett posztkvantumbiztonsági funkciókon alapul. Ezek a függvények olyan számításokat foglalnak magukban, amelyek túl bonyolultak ahhoz, hogy még egy kvantumszámítógép is feltörjön, de van egy „csapóajtó”, amely lehetővé teszi, hogy egy klasszikus gép a megfelelő kulccsal könnyen megoldja ezeket. A csapat szerint ezek a csapóajtó-számítások csak egy klasszikus gép segítségével ellenőrizhetik a kvantumszámítás megbízhatóságát.

Őszinte Bob?

A protokoll működésének megértéséhez tegyük fel, hogy két félünk van. Egyikük, hagyományos nevén Alice, rendelkezik a csapóajtó információival, és ellenőrizni akarja, hogy a kvantumszámítás helyes-e. A másik, Bob néven ismert, nem rendelkezik a csapóajtó információival, és bizonyítania kell, hogy a kvantumszámítógépén végzett számítások megbízhatóak.

Első lépésként Alice előkészít egy konkrét feladatot Bob számára. Bob ezután jelenti az eredményt Alice-nek. Alice maga is ellenőrizheti ezt az eredményt egy kvantumszámítógép segítségével, de ha klasszikus számítógépet szeretne használni, további információkat kell adnia Bobnak. Bob ezeket az információkat arra használja fel, hogy több fő kvantumbitjét (vagy qubitjét) összefonja továbbiakkal. Ha Bob mérést végez néhány qubiten, ez meghatározza a fennmaradó qubitek állapotát. Míg Bob a mérések előtt nem tudja a qubitek állapotát, Alice a csapóajtó számításainak köszönhetően tudja. Ez azt jelenti, hogy Alice megkérheti Bobot, hogy ellenőrizze a qubitek állapotát, és a válasza alapján döntse el, hogy a kvantumszámítógépe megbízható-e.

Alice megkönnyebbült

A csapat ezt a protokollt egy kvantumprocesszoron futtatta, amely nyolc csapdát használ ⁴⁰Ca⁺ ionok, mint qubitek. A Bob által végzett mérések a qubitek kvantumállapotainak energiájára vonatkoznak. A háttérzaj feletti jel eléréséhez a kutatók 2000-szer lefuttatták a protokollt minden egyes adatpontnál, ami végül bebizonyította, hogy Bob válaszai megbízhatóak.

A kutatók demonstrációjukat a koncepció bizonyításának nevezik, és elismerik, hogy még több munkára van szükség annak gyakorlati megvalósításához. Ezenkívül a teljes, biztonságos ellenőrzéshez több mint 100 qubitre lenne szükség, ami a mai processzorok többségénél nem használható. Alapján Kraus Barbara, a csapat egyik vezetője és jelenleg a németországi Müncheni Műszaki Egyetem kvantum-algoritmus-szakértője, még a protokoll egyszerűsített változatának megvalósítása is kihívást jelentett. Ennek az az oka, hogy a kvantumszámítás kimenetének ellenőrzése kísérletileg sokkal megerőltetőbb, mint a számítás elvégzése, mivel több qubit összefonódását igényli.

Ennek ellenére a bemutatott protokoll tartalmazza a teljes ellenőrzéshez szükséges összes lépést, és a kutatók azt tervezik, hogy továbbfejlesztik. „A kvantumszámítások és szimulációk verifikálásával kapcsolatban fontos feladat a gyakorlati, magas biztonsági szintű hitelesítési protokollok kidolgozása” – mondja Kraus. Fizika Világa.

Andru Gheorghiu, a svéd Chalmers Műszaki Egyetem kvantumszámítástechnikai szakértője, aki nem vett részt a kutatásban, fontos első lépésnek nevezi az általános kvantumszámítások ellenőrzése felé. Megjegyzi azonban, hogy jelenleg csak egy egyszerű, egy qubites számítás ellenőrzésére használható, amely egy közönséges laptoppal reprodukálható. Ennek ellenére azt mondja, hogy betekintést nyújt a nagyobb számításokig terjedő kísérletek kihívásaiba.

A kutatás a Kvantumtudomány és technológia.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/can-a-classical-computer-tell-if-a-quantum-computer-is-telling-the-truth/