양자 컴퓨터는 기존 기계로는 불가능한 문제를 해결할 수 있지만 이 능력에는 주의할 점이 있습니다. 양자 컴퓨터가 답을 제공한다면 그것이 올바른지 어떻게 알 수 있습니까? 이는 클라우드 컴퓨팅에서와 같이 양자 컴퓨터에 직접 액세스할 수 없거나 이를 실행하는 사람을 신뢰하지 않는 경우 특히 시급합니다. 물론 자체 양자 프로세서로 솔루션을 검증할 수도 있지만 모든 사람이 이를 갖고 있는 것은 아닙니다.

그래서, 방법이 있나요? 고전 양자 계산 결과를 확인하기 위해 컴퓨터를 사용한다고요? 오스트리아 연구자들은 대답이 '그렇다'라고 말합니다. 인스부르크 대학, 오스트리아 과학 아카데미 및 Alpine Quantum Technologies GmbH에서 근무하는 팀은 소위 포스트 양자 보안 기능을 기반으로 하는 Mahadev 프로토콜이라는 프로세스를 실험적으로 실행했습니다. 이러한 기능에는 양자 컴퓨터가 해독하기에는 너무 복잡한 계산이 포함되지만 올바른 키를 가진 고전 기계가 쉽게 해결할 수 있는 "트랩도어"가 있습니다. 팀은 이러한 트랩도어 계산이 고전 기계만을 사용하여 양자 계산의 신뢰성을 검증할 수 있다고 말합니다.

정직한 밥?

프로토콜이 어떻게 작동하는지 이해하기 위해 두 당사자가 있다고 가정합니다. 그 중 전통적으로 Alice로 알려진 한 명은 트랩도어 정보를 가지고 있으며 양자 계산이 올바른지 확인하려고 합니다. Bob으로 알려진 다른 사람은 트랩도어 정보가 없으며 자신의 양자 컴퓨터의 계산을 신뢰할 수 있음을 증명해야 합니다.

첫 번째 단계로 Alice는 Bob이 처리할 특정 작업을 준비합니다. 그런 다음 Bob은 그 결과를 Alice에게 보고합니다. Alice는 양자 컴퓨터를 사용하여 이 결과를 직접 확인할 수 있지만 고전 컴퓨터를 사용하려면 Bob에게 추가 정보를 제공해야 합니다. Bob은 이 정보를 사용하여 여러 주요 양자 비트(또는 큐비트)를 추가 비트와 얽습니다. Bob이 일부 큐비트에 대해 측정을 수행하면 나머지 큐비트의 상태가 결정됩니다. Bob은 측정 전에 큐비트의 상태를 알지 못하지만 Alice는 트랩도어 계산 덕분에 알 수 있습니다. 이는 Alice가 Bob에게 큐비트의 상태를 확인하도록 요청하고 그의 대답에 따라 그의 양자 컴퓨터가 신뢰할 수 있는지 여부를 결정할 수 있음을 의미합니다.

안도한 앨리스

팀은 8개의 트랩을 사용하는 양자 프로세서에서 이 프로토콜을 실행했습니다. ⁴⁰Ca⁺ 큐비트로서의 이온. Bob이 수행하는 측정은 큐비트의 양자 상태 에너지와 관련이 있습니다. 배경 소음 이상의 신호를 얻기 위해 연구원들은 각 데이터 포인트에 대해 프로토콜을 2000번 실행하여 궁극적으로 Bob의 답변을 신뢰할 수 있음을 입증했습니다.

연구자들은 그들의 시연을 개념 증명이라고 부르며 이를 실용화하려면 더 많은 작업이 필요하다는 점을 인정합니다. 또한 완전하고 안전한 검증에는 100큐비트 이상이 필요하며 이는 오늘날 대부분의 프로세서의 범위를 벗어납니다. 에 따르면 바바라 크라우스팀의 리더 중 한 명이자 현재 독일 뮌헨 공과 대학의 양자 알고리즘 전문가인 그는 프로토콜의 단순화된 버전조차 구현하기가 어려웠습니다. 양자 계산의 출력을 검증하려면 더 많은 큐비트를 얽혀야 하기 때문에 계산을 수행하는 것보다 실험적으로 훨씬 더 까다롭기 때문입니다.

그럼에도 불구하고 시연된 프로토콜에는 완전한 검증에 필요한 모든 단계가 포함되어 있으며 연구원들은 이를 추가로 개발할 계획입니다. Kraus는 "양자 계산 및 시뮬레이션 검증과 관련된 중요한 작업은 보안 수준이 높은 실용적인 검증 프로토콜을 개발하는 것"이라고 말합니다. 물리 세계.

안드루 게오르규연구에 참여하지 않은 스웨덴 찰머스 공과대학(Chalmers University of Technology)의 양자 컴퓨팅 전문가는 이것이 일반적인 양자 계산을 검증할 수 있는 중요한 첫 단계라고 말했습니다. 그러나 그는 현재 이 방법이 일반 노트북으로 재현할 수 있는 간단한 1큐비트 계산을 검증하는 데에만 작동한다고 지적합니다. 그럼에도 불구하고 그는 더 큰 계산으로 확장하려는 과제에 대한 통찰력을 제공한다고 말합니다.

연구 결과는 양자 과학 및 기술.

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