Чи може класичний комп’ютер визначити, чи квантовий комп’ютер говорить правду? – Світ фізики

Квантові комп’ютери можуть вирішувати проблеми, які були б неможливі для класичних машин, але ця здатність супроводжується застереженням: якщо квантовий комп’ютер дає вам відповідь, як ви знаєте, що вона правильна? Це особливо важливо, якщо у вас немає прямого доступу до квантового комп’ютера (як у хмарних обчисленнях) або ви не довіряєте людині, яка ним керує. Ви, звичайно, можете перевірити рішення за допомогою власного квантового процесора, але не у всіх він є під рукою.

Отже, чи є спосіб для a класична комп’ютер для перевірки результату квантового обчислення? Дослідники з Австрії кажуть, що відповідь - так. Працюючи в Університеті Інсбрука, Австрійській академії наук і Alpine Quantum Technologies GmbH, команда експериментально виконала процес під назвою «протокол Махадева», який базується на так званих постквантових безпечних функціях. Ці функції включають обчислення, які є надто складними, щоб навіть квантовий комп’ютер міг їх зламати, але мають «люк», який дозволяє класичній машині з правильним ключем легко розв’язати їх. Команда каже, що ці обчислення люків можуть підтвердити достовірність квантових обчислень за допомогою лише класичної машини.

Чесний Боб?

Щоб зрозуміти, як працює протокол, припустимо, що у нас є дві сторони. Одна з них, традиційно відома як Аліса, має інформацію про люк і хоче перевірити правильність квантового обчислення. Інший, відомий як Боб, не має інформації про люк і повинен довести, що обчисленням на його квантовому комп’ютері можна довіряти.

На першому етапі Аліса готує для Боба конкретне завдання. Потім Боб повідомляє про результат Алісі. Аліса могла б перевірити цей результат сама за допомогою квантового комп’ютера, але якщо вона хоче використовувати класичний, їй потрібно надати Бобу додаткову інформацію. Боб використовує цю інформацію, щоб поєднати кілька своїх основних квантових бітів (або кубітів) з додатковими. Якщо Боб виконує вимірювання деяких кубітів, це визначає стан решти кубітів. У той час як Боб не знає стану кубітів напередодні вимірювань, Аліса, завдяки своїм розрахункам у люку, знає. Це означає, що Аліса може попросити Боба перевірити стан кубітів і вирішити на основі його відповіді, чи надійний його квантовий комп’ютер.

Алісі стало легше

Команда запустила цей протокол на квантовому процесорі, який використовує вісім захоплених ⁴⁰Ca⁺ іони як кубіти. Вимірювання, які проводить Боб, стосуються енергії квантових станів кубітів. Щоб отримати сигнал вище фонового шуму, дослідники запустили протокол 2000 разів для кожної точки даних, зрештою довівши, що відповідям Боба можна довіряти.

Дослідники називають свою демонстрацію доказом концепції та визнають, що потрібна додаткова робота, щоб зробити її практичною. Крім того, для повної безпечної перевірки знадобиться понад 100 кубітів, що є недосяжним для більшості сучасних процесорів. Відповідно до Барбара Краус, одного з керівників команди, а зараз експерта з квантових алгоритмів у Технічному університеті Мюнхена, Німеччина, навіть спрощену версію протоколу було важко реалізувати. Це пояснюється тим, що перевірка результатів квантового обчислення є експериментально набагато складнішою, ніж виконання обчислень, оскільки це вимагає заплутування більшої кількості кубітів.

Тим не менш, продемонстрований протокол містить усі кроки, необхідні для повної перевірки, і дослідники планують розвивати його далі. «Важливим завданням щодо перевірки квантових обчислень і моделювання є розробка практичних протоколів перевірки з високим рівнем безпеки», — розповідає Краус. Світ фізики.

Андру Георгіу, експерт з квантових обчислень із Технологічного університету Чалмерса у Швеції, який не брав участі в дослідженні, називає це важливим першим кроком до можливості перевірити загальні квантові обчислення. Однак він зазначає, що наразі це працює лише для перевірки простого однокубітного обчислення, яке можна відтворити за допомогою звичайного ноутбука. Тим не менш, він каже, що це пропонує розуміння проблем, пов’язаних зі спробою масштабування до більших обчислень.

Дослідження з'являються в Росії Квантова наука і технологія.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/can-a-classical-computer-tell-if-a-quantum-computer-is-telling-the-truth/