Dit is het scenario:je hebt gevoelige gegevens en een probleem dat alleen een kwantumcomputer kan oplossen. Je hebt zelf geen kwantumapparaten. Je zou tijd kunnen kopen op een kwantumcomputer, maar je wilt je geheimen niet prijsgeven. Wat kan je doen?

Inschrijven Fysieke beoordeling X op 11 juli, onderzoekers in Singapore en Australië stellen een manier voor waarop je een kwantumcomputer veilig kunt gebruiken, zelfs via internet. De techniek kan zowel uw gegevens als uw programma voor de computer zelf verbergen. Hun werk weerlegt eerdere hints dat een dergelijke prestatie onmogelijk is.

Het scenario is niet vergezocht. Quantumcomputers beloven nieuwe routes voor het oplossen van problemen in cryptografie, modellering en machine learning, boeiende overheid en industrie. Dergelijke problemen kunnen vertrouwelijke gegevens betreffen of commercieel gevoelig zijn.

Technologiereuzen investeren al in het bouwen van dergelijke computers en het beschikbaar stellen ervan aan gebruikers. Bijvoorbeeld, IBM maakte op 17 mei van dit jaar bekend dat het een kwantumcomputer met 16 kwantumbits gratis toegankelijk maakt voor het publiek in de cloud, evenals een 17-qubit prototype commerciële processor.

Zeventien qubits zijn niet genoeg om de huidige supercomputers van de wereld te verslaan, maar naarmate kwantumcomputers qubits krijgen, er wordt verwacht dat ze de mogelijkheden van elke machine die we vandaag hebben overtreffen. Dat zou de vraag naar toegang moeten stimuleren.

"We kijken naar wat er mogelijk is als je iemand bent die gewoon via je laptop via internet met een kwantumcomputer communiceert. We ontdekken dat het mogelijk is om een ​​aantal interessante berekeningen te verbergen, " zegt Joseph Fitzsimons, een hoofdonderzoeker bij het Centre for Quantum Technologies (CQT) aan de National University of Singapore en Associate Professor aan de Singapore University of Technology and Design (SUTD), die het werk leidde.

Kwantumcomputers werken door stukjes informatie te verwerken die zijn opgeslagen in kwantumtoestanden. In tegenstelling tot de binaire bits in onze reguliere (d.w.z. klassieke) computers, elk een 0 of 1, qubits kunnen in superposities van 0 en 1 staan. De qubits kunnen ook verstrengeld zijn, waarvan wordt aangenomen dat het cruciaal is voor de kracht van een kwantumcomputer.

Het schema ontworpen door Fitzsimons en zijn collega's brengt geheimhouding in een vorm van quantum computing die wordt aangedreven door metingen.

In dit schema is de kwantumcomputer wordt voorbereid door al zijn qubits in een speciaal soort verstrengelde toestand te brengen. Vervolgens wordt de berekening uitgevoerd door de qubits één voor één te meten. De gebruiker geeft stapsgewijze instructies voor elke meting:de stappen coderen zowel de invoergegevens als het programma.

Onderzoekers hebben eerder aangetoond dat gebruikers die qubits kunnen maken of meten om instructies door te geven aan de kwantumcomputer, hun berekening kunnen verhullen. Het nieuwe artikel breidt die bevoegdheid uit naar gebruikers die alleen klassieke bits kunnen verzenden - d.w.z. de meesten van ons, voor nu.

Dit is verrassend omdat sommige computerwetenschappelijke stellingen impliceren dat versleutelde kwantumberekening onmogelijk is wanneer alleen klassieke communicatie beschikbaar is.

De hoop op veiligheid komt van de kwantumcomputer die niet weet welke stappen van de meetreeks wat doen. De kwantumcomputer kan niet zeggen welke qubits werden gebruikt voor invoer, welke voor operaties en welke voor outputs.

"Het is buitengewoon opwindend. Je kunt deze unieke eigenschap van het op metingen gebaseerde model van kwantumcomputing - de manier waarop informatie door de staat stroomt - gebruiken als een crypto-tool om informatie voor de server te verbergen, " zegt teamlid Tommaso Demarie van CQT en SUTD.

Hoewel de eigenaar van de kwantumcomputer zou kunnen proberen de reeks uitgevoerde metingen te reverse-engineeren, onduidelijkheid over de rol van elke stap leidt tot veel mogelijke interpretaties van wat er is berekend. De ware berekening is verborgen tussen de vele, als een speld in een hooiberg.

De set van interpretaties groeit snel met het aantal qubits. "De verzameling van alle mogelijke berekeningen is exponentieel groot - dat is een van de dingen die we in het artikel bewijzen - en daarom is de kans om de echte berekening te raden exponentieel klein, ", zegt Fitzsimons. Eén vraag blijft:kunnen zinvolle berekeningen zo zeldzaam zijn onder alle mogelijke dat het raden gemakkelijker wordt? Dat is wat de onderzoekers vervolgens moeten controleren.

Nicolas Menicucci van het Center for Quantum Computation and Communication Technology aan de RMIT University in Melbourne, Australië, en Atul Mantri bij SUTD, zijn co-auteurs van het werk.

"Kwantumcomputers werden beroemd in de jaren '90 met de ontdekking dat ze sommige klassieke cryptografieschema's konden doorbreken, maar misschien zal quantumcomputing in plaats daarvan bekend staan ​​om het veilig maken van de toekomst van cloudcomputing, ' zegt Mantri.