量子電腦可以解決經典機器無法解決的問題，但這種能力有一個警告：如果量子電腦給你一個答案，你怎麼知道它是正確的？如果您無法直接存取量子電腦（如雲端運算），或者您不信任運行它的人，那麼這一點尤其緊迫。當然，您可以使用自己的量子處理器驗證解決方案，但不是每個人都有一台。
那麼，有沒有一種方法可以 古典 計算機來驗證量子計算的結果？奧地利的研究人員表示答案是肯定的。該團隊在因斯布魯克大學、奧地利科學院和 Alpine Quantum Technologies GmbH 工作，實驗性地執行了一個名為 Mahadev 協議的過程，該協議基於所謂的後量子安全功能。這些函數涉及的計算過於複雜，甚至量子電腦也無法破解，但「活板門」允許具有正確密鑰的經典機器輕鬆解決它們。該團隊表示，這些陷門計算可以驗證僅使用經典機器的量子計算的可信度。
誠實的鮑伯？
為了理解協議是如何運作的，假設我們有兩方。其中之一，傳統上稱為愛麗絲，擁有陷門訊息，並希望驗證量子計算是否正確。另一個，稱為鮑勃，沒有陷門訊息，需要證明他的量子計算機上的計算是可信的。
第一步，Alice 準備一個特定的任務讓 Bob 處理。然後鮑伯將結果報告給愛麗絲。 Alice 可以用量子計算機自己驗證這個結果，但如果她想使用經典計算機，她需要向 Bob 提供更多資訊。鮑勃使用這些資訊將他的幾個主要量子位元（或量子位元）與其他量子位元糾纏在一起。如果 Bob 對某些量子位元進行測量，這將確定其餘量子位元的狀態。雖然鮑伯在測量之前並不知道量子位元的狀態，但愛麗絲透過她的陷門計算知道了。這意味著愛麗絲可以要求鮑伯驗證量子位元的狀態，並根據他的回答決定他的量子電腦是否值得信賴。
愛麗絲如釋重負
該團隊在量子處理器上運行該協議，該處理器使用八個被捕獲的 40Ca+ 離子作為量子位。鮑伯所做的測量與量子位的量子態能量有關。為了獲得高於背景雜訊的訊號，研究人員對每個數據點運行協議 2000 次，最終證明鮑伯的答案是可信的。
研究人員稱他們的演示是概念驗證，並承認需要做更多的工作才能使其實用。此外，完整、安全的驗證需要超過 100 個量子位，這超出了當今大多數處理器的範圍。根據 芭芭拉·克勞斯（Barbara Kraus）作為該團隊的領導者之一，現在是德國慕尼黑工業大學的量子演算法專家，即使是該協議的簡化版本也很難實現。這是因為驗證量子計算的輸出在實驗上比進行計算要求更高，因為它需要糾纏更多的量子位元。
經典計算機競相追趕量子優勢
儘管如此，演示的協議包含完整驗證所需的所有步驟，研究人員計劃進一步開發它。 「量子運算和模擬驗證的一項重要任務是開發具有高安全性等級的實用驗證協議，」克勞斯說。 物理世界.
安德魯喬治烏瑞典查爾姆斯理工大學的量子運算專家並未參與這項研究，他稱這是驗證通用量子運算的重要的第一步。然而，他指出，它目前僅適用於驗證可以用普通筆記型電腦複製的簡單單量子位元計算。不過，他表示，它提供了有關嘗試擴展到更大計算的挑戰的見解。
該研究出現在 量子科技.
