Может ли классический компьютер определить, говорит ли квантовый компьютер правду? – Мир физики

Квантовые компьютеры могут решать проблемы, которые были бы невозможны для классических машин, но эта способность имеет оговорку: если квантовый компьютер дает вам ответ, как вы узнаете, что он правильный? Это особенно актуально, если у вас нет прямого доступа к квантовому компьютеру (как в случае с облачными вычислениями) или вы не доверяете человеку, который им управляет. Вы, конечно, могли бы проверить решение с помощью собственного квантового процессора, но не у всех он есть под рукой.

Итак, есть ли способ классическая компьютер для проверки результатов квантовых вычислений? Исследователи из Австрии говорят, что ответ – да. Работая в Университете Инсбрука, Австрийской академии наук и компании Alpine Quantum Technologies GmbH, команда экспериментально выполнила процесс, названный протоколом Махадева, который основан на так называемых постквантовых безопасных функциях. Эти функции включают в себя вычисления, которые слишком сложны для взлома даже квантовым компьютером, но имеют «лазейку», позволяющую классической машине с правильным ключом легко их решить. Команда утверждает, что эти расчеты с «лазейкой» могут проверить достоверность квантовых вычислений, используя только классическую машину.

Честный Боб?

Чтобы понять, как работает протокол, предположим, что у нас есть две стороны. Одна из них, традиционно известная как Алиса, обладает информацией о люке и хочет проверить правильность квантовых вычислений. Другой, известный как Боб, не обладает секретной информацией, и ему нужно доказать, что расчетам его квантового компьютера можно доверять.

В качестве первого шага Алиса готовит для Боба конкретную задачу. Затем Боб сообщает о результате Алисе. Алиса могла бы сама проверить этот результат с помощью квантового компьютера, но если она хочет использовать классический компьютер, ей нужно предоставить Бобу дополнительную информацию. Боб использует эту информацию, чтобы спутать несколько своих основных квантовых битов (или кубитов) с дополнительными. Если Боб выполняет измерение некоторых кубитов, это определяет состояние остальных кубитов. В то время как Боб не знает состояния кубитов до начала измерений, Алиса знает это благодаря своим расчетам с люком. Это означает, что Алиса может попросить Боба проверить состояние кубитов и на основе его ответа решить, заслуживает ли доверия его квантовый компьютер.

Алиса с облегчением

Команда запустила этот протокол на квантовом процессоре, который использует восемь захваченных ⁴⁰Ca⁺ ионы как кубиты. Измерения, которые проводит Боб, связаны с энергией квантовых состояний кубитов. Чтобы получить сигнал выше фонового шума, исследователи прогнали протокол 2000 раз для каждой точки данных, в конечном итоге доказав, что ответам Боба можно доверять.

Исследователи называют свою демонстрацию доказательством концепции и признают, что необходима дополнительная работа, чтобы воплотить ее в жизнь. Кроме того, для полной и безопасной проверки потребуется более 100 кубитов, что выходит за рамки возможностей большинства современных процессоров. В соответствии с Барбара Краус, одному из руководителей команды, а теперь эксперту по квантовым алгоритмам в Мюнхенском техническом университете (Германия), даже упрощенную версию протокола было сложно реализовать. Это связано с тем, что проверка результатов квантового вычисления экспериментально гораздо сложнее, чем само вычисление, поскольку оно требует запутывания большего количества кубитов.

Тем не менее, продемонстрированный протокол содержит все шаги, необходимые для полной проверки, и исследователи планируют его развивать дальше. «Важной задачей проверки квантовых вычислений и моделирования является разработка практических протоколов проверки с высоким уровнем безопасности», — говорит Краус. Мир физики.

Андру Георгиу, эксперт по квантовым вычислениям из Технологического университета Чалмерса в Швеции, который не принимал участия в исследовании, называет это важным первым шагом на пути к возможности проверки общих квантовых вычислений. Однако он отмечает, что в настоящее время он работает только для проверки простых однокубитных вычислений, которые можно воспроизвести на обычном ноутбуке. Тем не менее, по его словам, это дает понимание проблем, связанных с попытками масштабирования для более крупных вычислений.

Исследование появляется в Квантовая наука и технологии.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/can-a-classical-computer-tell-if-a-quantum-computer-is-telling-the-truth/