Techbedrijven racen om commerciële kwantumcomputers te maken. Een nieuw schema van onderzoekers in Singapore en Japan zou klanten kunnen helpen vertrouwen op te bouwen in het kopen van tijd op dergelijke machines en bedrijven te beschermen tegen oneerlijke klanten.

Quantumcomputers hebben het potentieel om problemen op te lossen die zelfs de grootste supercomputers van vandaag niet kunnen bereiken, op gebieden zoals het modelleren en optimaliseren van geneesmiddelen.

"Onze aanpak geeft een manier om een ​​bewijs te genereren dat een berekening correct was, nadat het is voltooid, " legt Joseph Fitzsimons uit, een hoofdonderzoeker bij Singapore's Centre for Quantum Technologies en assistent-professor aan de Singapore University of Technology and Design. Fitzsimons voerde het werk uit met collega Michal Hajdusek en medewerker Tomoyuki Morimae, die aan de Kyoto-universiteit in Japan zit. Hun voorstellen worden gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

Quantumcomputers zijn tegenwoordig omvangrijk, gespecialiseerde machines die zorgvuldig onderhoud vergen, wat betekent dat mensen eerder toegang hebben tot machines die eigendom zijn van en worden beheerd door een derde partij dan om hun eigen machines te hebben, zoals een kwantumversie van een cloudservice. Klanten die gegevens en programma's naar een kwantumcomputer sturen, willen controleren of hun instructies zijn uitgevoerd zoals bedoeld. Dit verificatieprobleem is al eerder aangepakt, maar bij eerdere oplossingen moest de klant communiceren met de kwantumcomputer terwijl deze de berekening uitvoerde.

Dat soort heen-en-weer communicatie is in de nieuwe regeling niet nodig. "Als je een resultaat krijgt dat er raar uitziet, u kunt ervoor kiezen om het resultaat te verifiëren, in wezen met terugwerkende kracht, ", zegt Fitzsimons. Verificatie beschermt tegen een kwantumcomputer die niet correct presteert vanwege een onopzettelijke fout of zelfs kwaadwillige manipulatie.

De verbetering komt van de manier waarop de berekening wordt gecontroleerd. "De benadering is compleet anders. We proberen een toestand te produceren die kan worden gebruikt als een getuige van de juistheid van de berekening. De vorige benaderingen hadden een soort valstrik ingebouwd in de berekening die wordt gecontroleerd terwijl je verder gaat, ", legt Fitzsimons uit.

De getuige-status registreert elke stap van de berekening. Dit betekent dat het net zoveel bits moet hebben als de berekening stappen heeft. Bijvoorbeeld, als een berekening 1000 stappen heeft, op 100 qubits, de getuige zou 1100 qubits lang moeten zijn.

Het onderzoeksteam presenteert twee post-hoc verificatieschema's, gebaseerd op verschillende manieren om de staat van getuigen te testen. De eerste vereist dat de klant quantumbits kan verzenden en meten. In praktijk, dit betekent dat ze wat gespecialiseerde hardware en een lijn nodig hebben om deze qubits naar de eigenaar van de kwantumcomputer te sturen. De klant meet de getuige dan direct op.

In het tweede schema de klant kan zonder kwantumtools zijn - communicatie via het gewone internet zou voldoende zijn - maar de kwantumcomputer die de berekening doet, moet zijn verbonden met vijf andere kwantumcomputers die helpen om de getuigestatus te controleren, een rol spelen als promotor.

"Het zal moeilijk zijn om een ​​experiment te doen om post-hoc verificatie aan te tonen, maar misschien niet onmogelijk", zegt Fitzsimons. Een uitdaging is de omvang van de kwantumcomputers die tegenwoordig beschikbaar zijn - de grootste zijn ongeveer 50 qubits. Een andere is dat de netwerkconfiguraties die nodig zijn voor de bewijsschema's niet bestaan ​​- althans nog niet.

De onderzoekers ronden hun paper af door te wijzen op een interessant voordeel van het post-hoc verificatieschema:het is niet alleen de klant die kon controleren of een berekening correct werd uitgevoerd. De regeling maakt publieke verifieerbaarheid mogelijk. De getuige kan worden gecontroleerd door een vertrouwde derde partij, zoals een rechtbank. Dit zou het bedrijf kunnen beschermen als, zeggen, een klant beweerde dat de berekening niet correct was uitgevoerd om te voorkomen dat hij voor de service moest betalen.