Ali lahko klasični računalnik ugotovi, ali kvantni računalnik govori resnico? – Svet fizike

Kvantni računalniki lahko rešijo probleme, ki bi bili nemogoči za klasične stroje, vendar ta sposobnost prihaja z opozorilom: če vam kvantni računalnik da odgovor, kako veste, da je pravilen? To je še posebej pereče, če nimate neposrednega dostopa do kvantnega računalnika (kot pri računalništvu v oblaku) ali ne zaupate osebi, ki ga upravlja. Rešitev bi seveda lahko preverili z lastnim kvantnim procesorjem, vendar ga nima vsak pri roki.

Torej, ali obstaja način za klasična računalnik za preverjanje rezultatov kvantnega računanja? Raziskovalci v Avstriji pravijo, da je odgovor pritrdilen. Ekipa, ki je delala na Univerzi v Innsbrucku, Avstrijski akademiji znanosti in Alpine Quantum Technologies GmbH, je eksperimentalno izvedla proces, imenovan Mahadevov protokol, ki temelji na tako imenovanih postkvantnih varnih funkcijah. Te funkcije vključujejo izračune, ki so preveč zapleteni, da bi jih lahko razbil celo kvantni računalnik, vendar imajo "vrata", ki klasičnemu stroju s pravilnim ključem omogočajo enostavno rešitev. Ekipa pravi, da bi lahko ti izračuni z loputami preverili zanesljivost kvantnega računanja samo s klasičnim strojem.

Pošteni Bob?

Da bi razumeli, kako deluje protokol, predpostavimo, da imamo dve strani. Ena od njih, tradicionalno znana kot Alice, ima informacije o pasti in želi preveriti, ali je kvantni izračun pravilen. Drugi, znan kot Bob, nima informacij o zapornih vratih in mora dokazati, da je izračunom na njegovem kvantnem računalniku mogoče zaupati.

Kot prvi korak Alice pripravi posebno nalogo, ki jo bo opravil Bob. Bob nato poroča o izidu Alice. Alice bi lahko sama preverila ta rezultat s kvantnim računalnikom, če pa želi uporabiti klasičnega, mora Bobu dati dodatne informacije. Bob uporabi te informacije, da zaplete več svojih glavnih kvantnih bitov (ali kubitov) z dodatnimi. Če Bob izvede meritev na nekaterih kubitih, to določi stanje preostalih kubitov. Medtem ko Bob ne pozna stanja kubitov pred meritvami, ga Alice po zaslugi svojih izračunov na loviščih ve. To pomeni, da lahko Alice od Boba zahteva, da preveri stanje kubitov in se na podlagi njegovega odgovora odloči, ali je njegov kvantni računalnik vreden zaupanja.

Razbremenjena Alice

Ekipa je zagnala ta protokol na kvantnem procesorju, ki uporablja osem ujetih ⁴⁰Ca⁺ ioni kot kubiti. Meritve, ki jih opravi Bob, se nanašajo na energijo kvantnih stanj kubitov. Da bi pridobili signal nad hrupom v ozadju, so raziskovalci zagnali protokol 2000-krat za vsako podatkovno točko, kar je na koncu dokazalo, da je Bobovim odgovorom mogoče zaupati.

Raziskovalci svojo predstavitev imenujejo dokaz koncepta in priznavajo, da je potrebno več dela, da bi postala praktična. Poleg tega bi popolno, varno preverjanje zahtevalo več kot 100 kubitov, kar je izven dosega večine današnjih procesorjev. Po navedbah Barbara Kraus, enega od vodij skupine in zdaj strokovnjaka za kvantne algoritme na Tehnični univerzi v Münchnu v Nemčiji, je bilo izvajanje celo poenostavljene različice protokola zahtevno. To je zato, ker je preverjanje rezultatov kvantnega računanja eksperimentalno veliko bolj zahtevno kot izvajanje računanja, saj zahteva zapletanje več kubitov.

Kljub temu prikazani protokol vsebuje vse korake, potrebne za popolno preverjanje, in raziskovalci ga nameravajo razvijati naprej. "Pomembna naloga v zvezi s preverjanjem kvantnih izračunov in simulacij je razviti praktične protokole preverjanja z visoko stopnjo varnosti," pravi Kraus. Svet fizike.

Andru Gheorghiu, strokovnjak za kvantno računalništvo s tehnološke univerze Chalmers na Švedskem, ki ni bil vključen v raziskavo, jo imenuje pomemben prvi korak k temu, da lahko preverimo splošne kvantne izračune. Vendar pa ugotavlja, da trenutno deluje le za preverjanje preprostega izračuna z enim kubitom, ki bi ga bilo mogoče reproducirati z običajnim prenosnikom. Kljub temu pravi, da ponuja vpogled v izzive poskušanja razširitve na večje izračune.

Raziskava se pojavi v Kvantna znanost in tehnologija.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/can-a-classical-computer-tell-if-a-quantum-computer-is-telling-the-truth/