Kryptografiskt protokoll på chip gör att kvantdatorer kan självverifiera resultat

I det senaste genombrottet inom kvantdatorforskning har forskare vid Sorbonne-universitetet, Edinburghs universitet och Quantinuum presenterat ett nytt kryptografiskt säkert verifieringsprotokoll på chip för kvantdatorer.

Denna spännande framsteg möjliggör verifiering av kvantberäkningar direkt på kvantdatorchippet och är av stor betydelse för att säkerställa korrekt beräkning trots störningar och felbenägenhet hos dessa avancerade maskiner.

Kvantdatorer representerar en banbrytande teknik som kan överträffa klassiska datorer i vissa optimeringsuppgifter och beräkningar, men deras felbenägenhet har varit en utmaning. För att adressera detta har forskare utvecklat verifieringsprotokoll som inte bara kontrollerar noggrannheten hos kvantdatorernas beräkningar utan också erbjuder kryptografisk säkerhet, vilket är avgörande för att förhindra falska eller manipulerade beräkningar.

Säker kvantverifiering på verklig hårdvara

Det nya verifieringsprotokollet som presenterades i en artikel publicerad i Physical Review Letters är avsett att vara NISQ-vänligt och kunna implementeras på dagens kvantdatorer. Det är utformat för att tillåta självverifiering på chipnivå, vilket innebär att kvantdatorn kan bevisa att dess beräkningar är korrekta utan behov av externa system eller dubbelkontroll från andra processorer.

Teamet bakom detta protokoll har lagt särskild vikt vid att eliminera behovet av ett kvantnätverk, vilket ofta kan vara svårt att etablera i verkliga miljöer. Istället förlitar sig protokollet på individuella processorer, adaptiva operationer och enhetliga kvantbitar för att säkerställa att beräkningarna är tillförlitliga och korrekta.

Den centrala idén bakom protokollet bygger på tidigare metoder som använts i klient-server-konfigurationer, men i detta fall används protokollet direkt på själva kvantdatorn. Genom att använda slumpmässiga testkörningar och beräkningskörningar kan forskarna statistiskt avgöra om de kan lita på resultaten av kvantberäkningarna, vilket möjliggör en effektiv och säker verifieringsprocess.

Credit: Quantinuum.

I en imponerande demonstration kunde forskarna använda sitt protokoll på Quantinuums H1-1-enhet med fångade joner för att verifiera den hittills största mätningsbaserade kvantberäkningen med 52 sammanflätade kvantbitar. Resultaten visar potentialen för kryptografiskt inspirerad verifiering att fungera på befintliga kvantdatorer och bidra till att säkerställa korrekta beräkningar även med dagens teknik.

Huvudidén bakom protokollet

Framtida forskning på detta område kommer att fokusera på att förbättra protokollet för att vara kompatibelt med mer realistiska brusmodeller och feltoleranta arkitekturer. Målet är att säkerställa att verifieringsprocessen kan skalas upp och anpassas till olika hårdvarusystem för att underlätta felupptäckt och säker kvantberäkning.

Detta banbrytande arbete representerar en viktig milstolpe inom kvantdatorforskning och öppnar dörrar för framtida innovationer inom området. Med fortsatta framsteg inom verifieringstekniker kan kvantdatorer snart bli ännu mer tillförlitliga och användbara för en mängd olika tillämpningar och branscher.