量子コンピューターは、古典的なマシンでは不可能だった問題を解決できますが、この能力には注意点があります。量子コンピューターが答えを与えてくれた場合、それが正しいとどうやってわかるのでしょうか?これは、量子コンピューターに直接アクセスできない場合 (クラウド コンピューティングなど)、または量子コンピューターを実行している人を信頼できない場合に特に緊急です。もちろん、独自の量子プロセッサを使用してソリューションを検証することもできますが、誰もが量子プロセッサを手元に持っているわけではありません。

それで、方法はありますか 古典的な 量子計算の結果をコンピューターで検証するには?オーストリアの研究者は、答えは「イエス」であると言っています。インスブルック大学、オーストリア科学アカデミー、Alpine Quantum Technologies GmbH で働いているチームは、いわゆるポスト量子セキュア機能に基づくマハデブ プロトコルと呼ばれるプロセスを実験的に実行しました。これらの関数には、量子コンピューターですら解読できないほど複雑な計算が含まれますが、正しいキーを持つ古典的なマシンがそれらを簡単に解決できる「落とし戸」が付いています。研究チームは、これらのトラップドア計算により、古典的なマシンのみを使用して量子計算の信頼性を検証できると述べている。

正直なボブ？

プロトコルがどのように機能するかを理解するために、2 つの当事者がいると仮定します。そのうちの 1 人は伝統的にアリスとして知られており、トラップドアの情報を持っており、量子計算が正しいことを検証したいと考えています。ボブとして知られるもう 1 人はトラップドアの情報を持っていないため、彼の量子コンピューターの計算が信頼できることを証明する必要があります。

最初のステップとして、アリスはボブが処理できる特定のタスクを準備します。次に、ボブは結果をアリスに報告します。アリスは量子コンピューターを使用してこの結果を自分で検証できますが、古典的なコンピューターを使用したい場合は、ボブにさらなる情報を与える必要があります。ボブはこの情報を使用して、主要な量子ビット (または量子ビット) のいくつかを追加の量子ビットとエンタングルします。ボブが一部の量子ビットに対して測定を実行すると、残りの量子ビットの状態が決まります。ボブは測定前に量子ビットの状態を知りませんが、アリスは落とし戸計算のおかげで量子ビットの状態を知ります。これは、アリスがボブに量子ビットの状態を確認するよう依頼し、その答えに基づいて量子コンピューターが信頼できるかどうかを判断できることを意味します。

安堵したアリス

チームは、8つのトラップを使用する量子プロセッサ上でこのプロトコルを実行しました。 ⁴⁰Ca⁺ 量子ビットとしてのイオン。ボブが行う測定は、量子ビットの量子状態のエネルギーに関連しています。バックグラウンドノイズを上回る信号を取得するために、研究者らは各データポイントに対してプロトコルを 2000 回実行し、最終的にボブの回答が信頼できることを証明しました。

研究者らは、今回のデモン​​ストレーションを概念実証と呼び、実用化するにはさらなる研究が必要であることを認めています。さらに、完全で安全な検証には 100 量子ビットを超える必要がありますが、これは今日のほとんどのプロセッサの範囲外です。によると バーバラ・クラウスチームのリーダーの一人であり、現在はドイツのミュンヘン工科大学で量子アルゴリズムの専門家を務める彼は、プロトコルの簡易版ですら実装するのは困難でした。これは、量子計算の出力の検証は、より多くの量子ビットのもつれを必要とするため、実験的には計算を実行するよりもはるかに要求が厳しいためです。

それにもかかわらず、実証されたプロトコルには完全な検証に必要なすべての手順が含まれており、研究者らはそれをさらに開発する予定です。 「量子計算とシミュレーションの検証に関する重要な課題は、高いセキュリティレベルを備えた実用的な検証プロトコルを開発することです」とクラウス氏は語る 物理学の世界.

アンドゥル・ゲオルギュウスウェーデンのチャルマーズ工科大学の量子コンピューティングの専門家であるが、この研究には関与していないが、これは一般的な量子計算を検証できるようになるための重要な第一歩であると述べている。ただし、現時点では、通常のラップトップで再現できる単純な 1 量子ビットの計算を検証する場合にのみ機能すると同氏は述べています。それでも、より大規模な計算にスケールアップしようとする際の課題についての洞察が得られると彼は言う。

研究は 量子科学技術.

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