Kan en klassisk dator avgöra om en kvantdator talar sanning? – Fysikvärlden

Kvantdatorer kan lösa problem som skulle vara omöjliga för klassiska maskiner, men denna förmåga kommer med en varning: om en kvantdator ger dig ett svar, hur vet du att det är korrekt? Detta är särskilt pressande om du inte har direkt tillgång till kvantdatorn (som i molndatorn), eller om du inte litar på personen som kör den. Du skulle naturligtvis kunna verifiera lösningen med din egen kvantprocessor, men alla har inte en till hands.

Så, finns det ett sätt för en klassisk dator för att verifiera resultatet av en kvantberäkning? Forskare i Österrike säger att svaret är ja. Teamet arbetade vid universitetet i Innsbruck, Österrikiska vetenskapsakademin och Alpine Quantum Technologies GmbH och utförde experimentellt en process som kallas Mahadevs protokoll, som är baserat på så kallade postkvantsäkra funktioner. Dessa funktioner involverar beräkningar som är för komplexa för att ens en kvantdator ska kunna spricka, men med en "fälldörr" som gör att en klassisk maskin med rätt nyckel kan lösa dem enkelt. Teamet säger att dessa falldörrsberäkningar kan verifiera tillförlitligheten hos en kvantberäkning med endast en klassisk maskin.

Ärlig Bob?

För att förstå hur protokollet fungerar, anta att vi har två parter. En av dem, traditionellt känd som Alice, har luckans information och vill verifiera att en kvantberäkning är korrekt. Den andra, känd som Bob, har inte luckans information och måste bevisa att beräkningarna på hans kvantdator går att lita på.

Som ett första steg förbereder Alice en specifik uppgift som Bob ska hantera. Bob rapporterar sedan resultatet till Alice. Alice skulle kunna verifiera detta resultat själv med en kvantdator, men om hon vill använda en klassisk måste hon ge Bob ytterligare information. Bob använder denna information för att blanda ihop flera av sina huvudsakliga kvantbitar (eller qubits) med ytterligare. Om Bob utför en mätning på några av qubitarna bestämmer detta tillståndet för de återstående qubitarna. Även om Bob inte känner till qubitarnas tillstånd innan mätningarna, gör Alice det, tack vare sina falldörrsberäkningar. Detta innebär att Alice kan be Bob att verifiera qubitarnas tillstånd och avgöra, baserat på hans svar, om hans kvantdator är pålitlig.

Lättad Alice

Teamet körde detta protokoll på en kvantprocessor som använder åtta fångade ⁴⁰Ca⁺ joner som qubits. Mätningarna Bob gör relaterar till energin i qubitarnas kvanttillstånd. För att få en signal över bakgrundsbrus körde forskarna protokollet 2000 gånger för varje datapunkt, vilket i slutändan bevisade att Bobs svar kunde litas på.

Forskarna kallar deras demonstration en proof of concept och erkänner att det krävs mer arbete för att göra det praktiskt. Dessutom skulle en fullständig, säker verifiering kräva mer än 100 qubits, vilket är utanför räckvidden för de flesta av dagens processorer. Enligt Barbara Kraus, en av teamets ledare och nu en kvantalgoritmexpert vid Tekniska universitetet i München, Tyskland, var till och med den förenklade versionen av protokollet utmanande att implementera. Detta beror på att verifiering av utdata från en kvantberäkning experimentellt är mycket mer krävande än att göra beräkningen, eftersom det kräver att fler kvantbitar trasslar in.

Icke desto mindre innehåller det demonstrerade protokollet alla steg som krävs för en fullständig verifiering, och forskarna planerar att utveckla det ytterligare. "En viktig uppgift när det gäller verifiering av kvantberäkningar och simuleringar är att utveckla praktiska verifieringsprotokoll med hög säkerhetsnivå", säger Kraus Fysikvärlden.

Andru Gheorghiu, en kvantberäkningsexpert från Chalmers tekniska högskola i Sverige som inte var involverad i forskningen, kallar det ett viktigt första steg mot att kunna verifiera generella kvantberäkningar. Han noterar dock att det för närvarande bara fungerar för att verifiera en enkel, en-qubit-beräkning som skulle kunna återskapas med en vanlig bärbar dator. Ändå säger han att det ger insikter i utmaningarna med att försöka skala upp till större beräkningar.

Forskningen förekommer i Quantum Science and Technology.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/can-a-classical-computer-tell-if-a-quantum-computer-is-telling-the-truth/