Kwantumcomputers kunnen problemen oplossen die voor klassieke machines onmogelijk zouden zijn, maar dit vermogen brengt een voorbehoud met zich mee: als een kwantumcomputer je een antwoord geeft, hoe weet je dan of het juist is? Dit is vooral urgent als je geen directe toegang hebt tot de kwantumcomputer (zoals bij cloud computing), of als je de persoon die hem beheert niet vertrouwt. Je zou de oplossing uiteraard kunnen verifiëren met je eigen quantumprocessor, maar niet iedereen heeft er één bij de hand.

Is er dus een manier om a klassiek computer om de uitkomst van een kwantumberekening te verifiëren? Onderzoekers in Oostenrijk zeggen dat het antwoord ja is. Het team werkte aan de Universiteit van Innsbruck, de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen en Alpine Quantum Technologies GmbH en voerde experimenteel een proces uit dat het Mahadev-protocol wordt genoemd en dat is gebaseerd op zogenaamde post-kwantum-veilige functies. Deze functies omvatten berekeningen die te complex zijn om zelfs door een kwantumcomputer te kraken, maar met een ‘valluik’ waardoor een klassieke machine met de juiste sleutel ze gemakkelijk kan oplossen. Het team zegt dat deze luikberekeningen de betrouwbaarheid van een kwantumberekening kunnen verifiëren met alleen een klassieke machine.

Eerlijk Bob?

Om te begrijpen hoe het protocol werkt, gaan we ervan uit dat we twee partijen hebben. Een van hen, traditioneel bekend als Alice, beschikt over de valluikinformatie en wil verifiëren of een kwantumberekening correct is. De ander, bekend als Bob, beschikt niet over de luikinformatie en moet bewijzen dat de berekeningen op zijn kwantumcomputer betrouwbaar zijn.

Als eerste stap bereidt Alice een specifieke taak voor die Bob moet uitvoeren. Bob rapporteert vervolgens de uitkomst aan Alice. Alice zou deze uitkomst zelf kunnen verifiëren met een kwantumcomputer, maar als ze een klassieke computer wil gebruiken, moet ze Bob meer informatie geven. Bob gebruikt deze informatie om verschillende van zijn belangrijkste kwantumbits (of qubits) te verwarren met andere. Als Bob een meting doet op een deel van de qubits, bepaalt dit de status van de overige qubits. Terwijl Bob de staat van de qubits voorafgaand aan de metingen niet kent, weet Alice dat, dankzij haar luikberekeningen, wel. Dit betekent dat Alice Bob kan vragen de staat van de qubits te verifiëren en op basis van zijn antwoord kan beslissen of zijn kwantumcomputer betrouwbaar is.

Opgelucht Alice

Het team voerde dit protocol uit op een kwantumprocessor die gebruik maakt van acht gevangen ⁴⁰Ca⁺ ionen als qubits. De metingen die Bob doet hebben betrekking op de energie van de kwantumtoestanden van de qubits. Om een ​​signaal boven achtergrondruis te verkrijgen, voerden de onderzoekers het protocol 2000 keer uit voor elk datapunt, wat uiteindelijk bewees dat de antwoorden van Bob betrouwbaar waren.

De onderzoekers noemen hun demonstratie een proof of concept en erkennen dat er meer werk nodig is om het praktisch te maken. Bovendien zou voor een volledige, veilige verificatie meer dan 100 qubits nodig zijn, wat voor de meeste hedendaagse processors buiten het bereik ligt. Volgens Barbara Kraus, een van de leiders van het team en nu expert op het gebied van kwantumalgoritmen aan de Technische Universiteit van München, Duitsland, was zelfs de vereenvoudigde versie van het protocol een uitdaging om te implementeren. Dit komt omdat het verifiëren van de uitvoer van een kwantumberekening experimenteel veel veeleisender is dan het uitvoeren van de berekening, omdat hiervoor meer qubits moeten worden verstrengeld.

Niettemin bevat het gedemonstreerde protocol alle stappen die nodig zijn voor een volledige verificatie, en de onderzoekers zijn van plan het verder te ontwikkelen. “Een belangrijke taak bij de verificatie van kwantumberekeningen en simulaties is het ontwikkelen van praktische verificatieprotocollen met een hoog beveiligingsniveau”, vertelt Kraus. Natuurkunde wereld.

Andru Gheorghiu, een quantum computing-expert van de Chalmers University of Technology in Zweden die niet betrokken was bij het onderzoek, noemt het een belangrijke eerste stap op weg naar het kunnen verifiëren van algemene quantumberekeningen. Hij merkt echter op dat het momenteel alleen werkt voor het verifiëren van een eenvoudige berekening van één qubit die met een gewone laptop kan worden gereproduceerd. Toch zegt hij dat het inzicht biedt in de uitdagingen die gepaard gaan met het opschalen naar grotere berekeningen.

Het onderzoek verschijnt in Kwantumwetenschap en technologie.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/can-a-classical-computer-tell-if-a-quantum-computer-is-telling-the-truth/