基于云的量子计算将允许在加密比特上进行安全计算

被光线双重蒙蔽

当量子计算机最终达到更大的规模时,它们可能仍然是相当宝贵的资源,就像我们的经典超级计算机一样被锁在研究机构里。因此,任何想要进行量子计算的人很可能都必须通过云端进行,远程访问其他地方的量子服务器。一种新的双盲密码学方法将确保这些计算的秘密性。它利用量子力学的不确定性和奇异性来获得双重优势。

想象一下,你是一名开发人员,你有一些代码想要在量子计算机上运行。再想象一下,有一家量子计算机制造商说你可以运行你的代码。但你们互相不信任——你,开发人员,不想让计算机制造商窃取你的优秀代码,而计算机制造商也不想让你窥探其突破性的机器。这个新系统可以同时满足你们双方的需求。

维也纳大学量子科学与技术中心的 Stefanie Barz 和同事们进行了一项盲计算技术的实验演示,并使用两种著名的量子计算算法对其进行了测试。

它的工作原理是这样的:你,作为开发人员,准备一些量子比特,在这里是光子,它们具有只有你才知道的极性(垂直或水平)。然后你将它们发送到远程量子服务器。计算机将使用量子纠缠门将这些量子比特与其他量子比特进行纠缠——但计算机不知道这些纠缠态的性质,只知道它们确实被纠缠了。服务器对纠缠态是“盲”的,任何监听服务器的人也是如此。

想象一下,如果计算机试图窥探量子比特并查看它们的纠缠状态,从而提取它们携带的信息。根据量子力学的定律,你将能够发现。薛定谔的猫既是死的又是活的,直到你检查它是否死了或活着,然后它才会变成其中一种。如果你的光子处于特定状态,你就能知道它被窥探了。

回到纠缠比特。实际的信息处理是通过对你的量子比特进行一系列测量来完成的。这些测量将由你根据每个量子比特的特定状态(再次强调,只有你知道)来指导。量子服务器将运行测量并将结果报告给你。这被称为基于测量的量子计算。然后,你就可以根据你对量子比特初始状态的了解来解释结果。对于计算机——或任何拦截者——这一切看起来都将是完全随机的。

由于你知道进行了测量的纠缠态,你可以确信服务器是否真的是一台量子计算机。而且你不需要透露你的算法、输入,甚至输出——研究人员在其今天在线发表在《*Science*》杂志上的论文中写道,它是完全安全的。

牛津大学研究员 Vlatko Vedral(他写了一篇解释这一发现的观点文章)表示,盲量子计算比经典盲计算更安全,经典盲计算依赖于诸如素数逆向分解等策略。

Vedral 写道:“双重盲性由量子物理学的定律保证,而不是像经典物理学中那样假设计算任务的难度。”

维也纳团队认为,他们的模拟是未来基于云的量子计算网络的潜在有用技术。

他们写道:“我们的实验是迈向量子计算客户端-服务器环境中无条件安全量子计算的一步,其中客户端的整个计算都保持隐藏,这是经典世界中无法实现的功能。”

 

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丽贝卡·博伊尔是一位屡获殊荣的自由撰稿人,她撰写关于天文学、人畜共患病以及介于两者之间的各种主题的文章。她是《大西洋月刊》的特约撰稿人,她的作品经常出现在《大众科学》、《新科学家》、《FiveThirtyEight》、《连线》以及许多其他面向成人和儿童的出版物上。丽贝卡在科罗拉多州长大,离太空更近一英里,现在住在圣路易斯,靠近大陆两条最强大的河流的交汇处。

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