Les ordinateurs quantiques peuvent résoudre des problèmes qui seraient impossibles avec les machines classiques, mais cette capacité s'accompagne d'une mise en garde : si un ordinateur quantique vous donne une réponse, comment savez-vous qu'elle est correcte ? Ceci est particulièrement urgent si vous n'avez pas d'accès direct à l'ordinateur quantique (comme dans le cloud computing) ou si vous ne faites pas confiance à la personne qui l'exécute. Vous pouvez bien sûr vérifier la solution avec votre propre processeur quantique, mais tout le monde n’en a pas un sous la main.

Alors, y a-t-il un moyen pour un classique ordinateur pour vérifier le résultat d’un calcul quantique ? Des chercheurs autrichiens disent que la réponse est oui. Travaillant à l'Université d'Innsbruck, à l'Académie autrichienne des sciences et à Alpine Quantum Technologies GmbH, l'équipe a exécuté expérimentalement un processus appelé protocole de Mahadev, basé sur des fonctions sécurisées post-quantiques. Ces fonctions impliquent des calculs trop complexes pour que même un ordinateur quantique puisse les résoudre, mais avec une « trappe » qui permet à une machine classique dotée de la bonne clé de les résoudre facilement. L'équipe affirme que ces calculs de trappe pourraient vérifier la fiabilité d'un calcul quantique en utilisant uniquement une machine classique.

Honnête Bob ?

Pour comprendre le fonctionnement du protocole, supposons que nous ayons deux parties. L’une d’elles, traditionnellement connue sous le nom d’Alice, possède les informations de la trappe et souhaite vérifier qu’un calcul quantique est correct. L'autre, connu sous le nom de Bob, ne dispose pas des informations de la trappe et doit prouver que les calculs de son ordinateur quantique sont fiables.

Dans un premier temps, Alice prépare une tâche spécifique que Bob devra accomplir. Bob rapporte ensuite le résultat à Alice. Alice pourrait vérifier elle-même ce résultat avec un ordinateur quantique, mais si elle souhaite en utiliser un classique, elle doit donner plus d'informations à Bob. Bob utilise ces informations pour enchevêtrer plusieurs de ses principaux bits quantiques (ou qubits) avec des bits supplémentaires. Si Bob effectue une mesure sur certains qubits, cela détermine l'état des qubits restants. Alors que Bob ne connaît pas l’état des qubits avant les mesures, Alice, grâce à ses calculs de trappes, le sait. Cela signifie qu'Alice peut demander à Bob de vérifier l'état des qubits et de décider, en fonction de sa réponse, si son ordinateur quantique est digne de confiance.

Alice soulagée

L'équipe a exécuté ce protocole sur un processeur quantique qui utilise huit ⁴⁰Ca⁺ ions sous forme de qubits. Les mesures effectuées par Bob concernent l'énergie des états quantiques des qubits. Pour obtenir un signal supérieur au bruit de fond, les chercheurs ont exécuté le protocole 2000 XNUMX fois pour chaque point de données, prouvant ainsi que les réponses de Bob étaient fiables.

Les chercheurs appellent leur démonstration une preuve de concept et reconnaissent que des travaux supplémentaires sont nécessaires pour la rendre pratique. De plus, une vérification complète et sécurisée nécessiterait plus de 100 qubits, ce qui est hors de portée de la plupart des processeurs actuels. Selon Barbara Kraus, l'un des dirigeants de l'équipe et désormais expert en algorithmes quantiques à l'Université technique de Munich, en Allemagne, même la version simplifiée du protocole était difficile à mettre en œuvre. En effet, vérifier le résultat d’un calcul quantique est expérimentalement beaucoup plus exigeant que d’effectuer le calcul, car cela nécessite d’enchevêtrer davantage de qubits.

Néanmoins, le protocole démontré contient toutes les étapes requises pour une vérification complète, et les chercheurs prévoient de le développer davantage. "Une tâche importante concernant la vérification des calculs et des simulations quantiques consiste à développer des protocoles de vérification pratiques avec un niveau de sécurité élevé", explique Kraus. Monde de la physique.

Andru Gheorghiu, un expert en informatique quantique de l'Université de technologie Chalmers en Suède qui n'a pas participé à la recherche, considère qu'il s'agit d'une première étape importante vers la vérification des calculs quantiques généraux. Cependant, il note que cela ne fonctionne actuellement que pour vérifier un calcul simple d'un qubit qui pourrait être reproduit avec un ordinateur portable ordinaire. Néanmoins, il affirme que cela offre un aperçu des défis liés à la tentative de mise à l’échelle de calculs plus importants.

La recherche apparaît dans Science et technologie quantiques.

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• La source: https://physicsworld.com/a/can-a-classical-computer-tell-if-a-quantum-computer-is-telling-the-truth/