Οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να λύσουν προβλήματα που θα ήταν αδύνατα για τις κλασικές μηχανές, αλλά αυτή η ικανότητα συνοδεύεται από μια προειδοποίηση: εάν ένας κβαντικός υπολογιστής σας δώσει μια απάντηση, πώς ξέρετε ότι είναι σωστή; Αυτό είναι ιδιαίτερα πιεστικό εάν δεν έχετε άμεση πρόσβαση στον κβαντικό υπολογιστή (όπως στο cloud computing) ή αν δεν εμπιστεύεστε το άτομο που τον εκτελεί. Θα μπορούσατε, φυσικά, να επαληθεύσετε τη λύση με τον δικό σας κβαντικό επεξεργαστή, αλλά δεν έχουν όλοι έναν διαθέσιμο.

Άρα, υπάρχει τρόπος για α κλασσικός υπολογιστή για να επαληθεύσει το αποτέλεσμα ενός κβαντικού υπολογισμού; Ερευνητές στην Αυστρία λένε ότι η απάντηση είναι ναι. Εργαζόμενη στο Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ, στην Αυστριακή Ακαδημία Επιστημών και στην Alpine Quantum Technologies GmbH, η ομάδα εκτέλεσε πειραματικά μια διαδικασία που ονομάζεται πρωτόκολλο Mahadev, η οποία βασίζεται στις λεγόμενες μετα-κβαντικές ασφαλείς συναρτήσεις. Αυτές οι λειτουργίες περιλαμβάνουν υπολογισμούς που είναι πολύ περίπλοκοι για να σπάσει ακόμη και ένας κβαντικός υπολογιστής, αλλά με μια «πόρτα» που επιτρέπει σε μια κλασική μηχανή με το σωστό κλειδί να τις λύσει εύκολα. Η ομάδα λέει ότι αυτοί οι υπολογισμοί της πόρτας θα μπορούσαν να επαληθεύσουν την αξιοπιστία ενός κβαντικού υπολογισμού χρησιμοποιώντας μόνο μια κλασική μηχανή.

Ειλικρινής Μπομπ;

Για να κατανοήσετε πώς λειτουργεί το πρωτόκολλο, υποθέστε ότι έχουμε δύο μέρη. Ένας από αυτούς, παραδοσιακά γνωστός ως Alice, έχει τις πληροφορίες του trapdoor και θέλει να επαληθεύσει ότι ένας κβαντικός υπολογισμός είναι σωστός. Ο άλλος, γνωστός ως Bob, δεν έχει τις πληροφορίες για την καταπακτή και πρέπει να αποδείξει ότι οι υπολογισμοί στον κβαντικό υπολογιστή του μπορούν να είναι αξιόπιστοι.

Ως πρώτο βήμα, η Αλίκη προετοιμάζει μια συγκεκριμένη εργασία για να χειριστεί ο Μπομπ. Στη συνέχεια ο Μπομπ αναφέρει το αποτέλεσμα στην Αλίκη. Η Αλίκη θα μπορούσε η ίδια να επαληθεύσει αυτό το αποτέλεσμα με έναν κβαντικό υπολογιστή, αλλά αν θέλει να χρησιμοποιήσει έναν κλασικό, πρέπει να δώσει στον Μπομπ περισσότερες πληροφορίες. Ο Bob χρησιμοποιεί αυτές τις πληροφορίες για να εμπλέξει πολλά από τα κύρια κβαντικά του bit (ή qubits) με πρόσθετα. Εάν ο Bob πραγματοποιήσει μια μέτρηση σε μερικά από τα qubits, αυτό καθορίζει την κατάσταση των υπόλοιπων qubits. Ενώ ο Μπομπ δεν γνωρίζει την κατάσταση των qubit πριν από τις μετρήσεις, η Αλίκη, χάρη στους υπολογισμούς της στην καταπακτή, γνωρίζει. Αυτό σημαίνει ότι η Αλίκη μπορεί να ζητήσει από τον Μπομπ να επαληθεύσει την κατάσταση των qubits και να αποφασίσει, με βάση την απάντησή του, εάν ο κβαντικός υπολογιστής του είναι αξιόπιστος.

Ανακουφισμένη η Αλίκη

Η ομάδα έτρεξε αυτό το πρωτόκολλο σε έναν κβαντικό επεξεργαστή που χρησιμοποιεί οκτώ παγιδευμένους ⁴⁰Ca⁺ ιόντα ως qubits. Οι μετρήσεις που κάνει ο Μπομπ σχετίζονται με την ενέργεια των κβαντικών καταστάσεων των qubits. Για να λάβουν ένα σήμα πάνω από το θόρυβο του περιβάλλοντος, οι ερευνητές έτρεξαν το πρωτόκολλο 2000 φορές για κάθε σημείο δεδομένων, αποδεικνύοντας τελικά ότι οι απαντήσεις του Μπομπ μπορούσαν να είναι αξιόπιστες.

Οι ερευνητές αποκαλούν την επίδειξή τους ως απόδειξη της ιδέας και αναγνωρίζουν ότι χρειάζεται περισσότερη δουλειά για να γίνει πρακτική. Επιπλέον, μια πλήρης, ασφαλής επαλήθευση θα απαιτούσε περισσότερα από 100 qubits, κάτι που είναι εκτός πεδίου εφαρμογής για τους περισσότερους από τους σημερινούς επεξεργαστές. Σύμφωνα με Μπάρμπαρα Κράους, ένας από τους ηγέτες της ομάδας και τώρα ειδικός στους κβαντικούς αλγόριθμους στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου, στη Γερμανία, ακόμη και η απλοποιημένη έκδοση του πρωτοκόλλου ήταν δύσκολο να εφαρμοστεί. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η επαλήθευση της εξόδου ενός κβαντικού υπολογισμού είναι πειραματικά πολύ πιο απαιτητική από την εκτέλεση του υπολογισμού, καθώς απαιτεί εμπλοκή περισσότερων qubits.

Ωστόσο, το πρωτόκολλο που επιδείχθηκε περιέχει όλα τα βήματα που απαιτούνται για μια πλήρη επαλήθευση και οι ερευνητές σχεδιάζουν να το αναπτύξουν περαιτέρω. «Ένα σημαντικό καθήκον σχετικά με την επαλήθευση κβαντικών υπολογισμών και προσομοιώσεων είναι η ανάπτυξη πρακτικών πρωτοκόλλων επαλήθευσης με υψηλό επίπεδο ασφάλειας», λέει ο Kraus. Κόσμος Φυσικής.

Andru Gheorghiu, ειδικός στους κβαντικούς υπολογιστές από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Chalmers στη Σουηδία που δεν συμμετείχε στην έρευνα, το αποκαλεί ως ένα σημαντικό πρώτο βήμα προς την κατεύθυνση της δυνατότητας επαλήθευσης των γενικών κβαντικών υπολογισμών. Ωστόσο, σημειώνει ότι επί του παρόντος λειτουργεί μόνο για την επαλήθευση ενός απλού υπολογισμού ενός qubit που θα μπορούσε να αναπαραχθεί με έναν συνηθισμένο φορητό υπολογιστή. Ωστόσο, λέει ότι προσφέρει πληροφορίες σχετικά με τις προκλήσεις της προσπάθειας κλιμάκωσης σε μεγαλύτερους υπολογισμούς.

Η έρευνα εμφανίζεται στο Κβαντική Επιστήμη και Τεχνολογία.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/can-a-classical-computer-tell-if-a-quantum-computer-is-telling-the-truth/