האם מחשב קלאסי יכול לדעת אם מחשב קוונטי דובר אמת? - עולם הפיזיקה

מחשבים קוונטיים יכולים לפתור בעיות שיהיו בלתי אפשריות עבור מכונות קלאסיות, אבל היכולת הזו מגיעה עם אזהרה: אם מחשב קוונטי נותן לך תשובה, איך אתה יודע שהיא נכונה? זה דחוף במיוחד אם אין לך גישה ישירה למחשב הקוונטי (כמו במחשוב ענן), או שאתה לא סומך על האדם שמפעיל אותו. אתה יכול, כמובן, לאמת את הפתרון עם מעבד קוונטי משלך, אבל לא לכולם יש אחד ביד.

אז האם יש דרך לא קלאסי מחשב לאמת את התוצאה של חישוב קוונטי? חוקרים באוסטריה אומרים שהתשובה היא כן. בעבודה באוניברסיטת אינסברוק, באקדמיה האוסטרית למדעים וב-Alpine Quantum Technologies GmbH, הצוות ביצע בניסוי תהליך שנקרא פרוטוקול Mahadev, המבוסס על מה שנקרא פונקציות פוסט-קוונטי מאובטחות. פונקציות אלו כרוכות בחישובים מורכבים מכדי שאפילו מחשב קוונטי יפצח, אך עם "דלת פח" המאפשרת למכונה קלאסית עם המפתח הנכון לפתור אותן בקלות. הצוות אומר שחישובי הדלת האלה יכולים לאמת את אמינותו של חישוב קוונטי באמצעות מכונה קלאסית בלבד.

בוב ישר?

כדי להבין איך הפרוטוקול עובד, נניח שיש לנו שני צדדים. לאחד מהם, המכונה באופן מסורתי אליס, יש את המידע על דלת המלכודת ורוצה לוודא שחישוב קוונטי נכון. לשני, המכונה בוב, אין את המידע על דלת הכניסה, והוא צריך להוכיח שניתן לסמוך על החישובים במחשב הקוונטי שלו.

כצעד ראשון, אליס מכינה משימה ספציפית לבוב להתמודד איתו. לאחר מכן בוב מדווח לאליס על התוצאה. אליס יכולה לאמת את התוצאה הזו בעצמה עם מחשב קוונטי, אבל אם היא רוצה להשתמש במחשב קלאסי, היא צריכה לתת לבוב מידע נוסף. בוב משתמש במידע הזה כדי לסבך כמה מהסיביות הקוונטיות (או הקיוביטים) העיקריים שלו עם סיביות נוספות. אם בוב מבצע מדידה על חלק מהקיוביטים, זה קובע את מצב הקיוביטים הנותרים. בעוד שבוב אינו יודע את מצב הקיוביטים לפני המדידות, אליס, הודות לחישובי הדלת שלה, כן. המשמעות היא שאליס יכולה לבקש מבוב לאמת את מצב הקיוביטים ולהחליט, על סמך תשובתו, האם המחשב הקוונטי שלו אמין.

הקלה על אליס

הצוות הפעיל את הפרוטוקול הזה על מעבד קוונטי שמשתמש בשמונה לכודים ⁴⁰Ca⁺ יונים כקיוביטים. המדידות שבוב מבצע מתייחסות לאנרגיית המצבים הקוונטיים של הקיוביטים. כדי להשיג אות מעל רעשי רקע, החוקרים הריצו את הפרוטוקול 2000 פעמים עבור כל נקודת נתונים, ובסופו של דבר הוכיחו שניתן לסמוך על התשובות של בוב.

החוקרים קוראים להדגמה שלהם הוכחה לקונספט ומכירים בכך שנדרשת עבודה נוספת כדי להפוך אותה למעשית. בנוסף, אימות מלא ומאובטח ידרוש יותר מ-100 קיוביטים, וזה מחוץ לתחום עבור רוב המעבדים של היום. לפי ברברה קראוס, אחד ממובילי הצוות וכעת מומחה לאלגוריתם קוונטיים באוניברסיטה הטכנית של מינכן, גרמניה, אפילו הגרסה הפשוטה של ​​הפרוטוקול הייתה מאתגרת ליישום. הסיבה לכך היא שאימות הפלט של חישוב קוונטי הוא ניסוי הרבה יותר תובעני מאשר ביצוע החישוב, מכיוון שהוא מצריך להסתבך יותר קיוביטים.

עם זאת, הפרוטוקול המודגם מכיל את כל השלבים הנדרשים לאימות מלאה, והחוקרים מתכננים לפתח אותו עוד יותר. "משימה חשובה הנוגעת לאימות חישובים וסימולציות קוונטיות היא לפתח פרוטוקולי אימות מעשיים עם רמת אבטחה גבוהה", אומר קראוס עולם הפיזיקה.

אנדרו גאורגיו, מומחה למחשוב קוונטי מאוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה בשבדיה שלא היה מעורב במחקר, מכנה זאת צעד ראשון וחשוב לקראת היכולת לאמת חישובים קוונטיים כלליים. עם זאת, הוא מציין שכרגע זה עובד רק לאימות חישוב פשוט של קיוביט אחד שניתן לשחזר עם מחשב נייד רגיל. ובכל זאת, הוא אומר שהיא מציעה תובנות לגבי האתגרים של ניסיון להגדיל את קנה המידה לחישובים גדולים יותר.

המחקר מופיע ב- מדע וטכנולוגיה קוונטים.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/can-a-classical-computer-tell-if-a-quantum-computer-is-telling-the-truth/