Garantire Sicurezza e Privacy: Una Nuova Svolta Quantistica Potrebbe Favorire Milioni di Persone

Il processo consente a un utente remoto (a destra) di accedere a un computer quantistico nel cloud (a sinistra) con totale sicurezza. Credit: Helene Hainzer, Oxford University Physics.

Un recente sviluppo che garantisce sicurezza e privacy da parte dei fisici dell'Università di Oxford potrebbe consentire a milioni di persone e aziende di sfruttare le capacità dei computer quantistici di prossima generazione. Questo progresso promette di sbloccare il potenziale trasformativo del calcolo quantistico basato sul cloud ed è dettagliato in un nuovo studio pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica statunitense Physical Review Letters.

Il professor David Lucas, co-responsabile del team di ricerca dell'Oxford University Physics e primario scienziato del UK Quantum Computing and Simulation Hub. Credit: Martin Small

Il computing quantistico si sta sviluppando rapidamente, aprendo la strada a nuove applicazioni che potrebbero trasformare i servizi in molti settori come l'assistenza sanitaria e i servizi finanziari. Funziona in un modo fondamentalmente diverso dal computing convenzionale ed è potenzialmente molto più potente. Tuttavia, al momento richiede condizioni controllate per rimanere stabile e ci sono preoccupazioni riguardo all'autenticità dei dati e all'efficacia degli attuali sistemi di sicurezza e crittografia.

Diversi fornitori leader di servizi basati sul cloud, come Google, Amazon e IBM, offrono già separatamente alcuni elementi di calcolo quantistico. La salvaguardia della privacy e della sicurezza dei dati dei clienti è un prerequisito essenziale per l'espansione del suo uso e per lo sviluppo di nuove applicazioni man mano che la tecnologia avanza. Il nuovo studio dei ricercatori di Oxford University Physics affronta queste sfide.

"Abbiamo dimostrato per la prima volta che il calcolo quantistico nel cloud può essere accessibile in modo scalabile e pratico, garantendo al contempo una completa sicurezza e privacy dei dati, oltre alla possibilità di verificarne l'autenticità", ha dichiarato il professor David Lucas, che co-dirige il team di ricerca di Oxford University Physics e si occupa al UK Quantum Computing and Simulation Hub, guidato dall'Oxford University Physics.

Esperimenti sul calcolo quantistico nel Beecroft, Oxford University Physics. Credit: David Nadlinger, Oxford University Physics.

Nel nuovo studio, i ricercatori utilizzano un approccio denominato "calcolo quantistico cieco", che collega due entità di calcolo quantistico completamente separate - potenzialmente un individuo a casa o in ufficio che accede a un server cloud - in un modo completamente sicuro. In particolare, i loro nuovi metodi potrebbero essere scalati a grandi calcoli quantistici.

Peter Drmota, autore del nuovo studio che ha guidato gli esperimenti sul calcolo quantistico cieco presso l'Oxford University Physics. Credit: Martin Small.

"Utilizzando il calcolo quantistico cieco, i clienti possono accedere a computer quantistici remoti per elaborare dati riservati con algoritmi segreti e persino verificare che i risultati siano corretti, senza rivelare alcuna informazione utile. Realizzare questo concetto rappresenta un grande passo avanti sia nel computing quantistico che nella sicurezza dei nostri dati online" ha dichiarato il Dr. Peter Drmota, dell'Oxford University Physics.

I ricercatori hanno realizzato un sistema composto da una connessione di rete in fibra tra un server di calcolo quantistico e un semplice dispositivo che rileva fotoni, o particelle di luce, su un computer indipendente che accede remotamente ai suoi servizi cloud. Questo consente il cosiddetto calcolo quantistico cieco su una rete. Ogni calcolo comporta una correzione che deve essere applicata a tutti quelli successivi e necessita di informazioni in tempo reale per rispettare l'algoritmo. I ricercatori hanno utilizzato una combinazione unica di memoria quantistica e fotoni per realizzare questo.

"Mai nella storia le questioni relative alla privacy dei dati e del codice sono state discusse con maggiore urgenza che nell'attuale era del computing cloud e dell'intelligenza artificiale", ha dichiarato il professor David Lucas. "Man mano che i computer quantistici diventano più capaci, le persone cercheranno di utilizzarli con completa sicurezza e privacy su reti, e i nostri nuovi risultati segnano un cambiamento consistente in questa direzione".

I risultati potrebbero alla fine portare allo sviluppo commerciale di dispositivi da collegare ai laptop, per proteggere i dati quando si utilizzano servizi di cloud computing quantistico.

I ricercatori che esplorano il calcolo quantistico e le tecnologie presso l'Oxford University Physics hanno accesso al laboratorio Beecroft di ultima generazione, appositamente costruito per creare condizioni stabili e sicure, tra cui l'eliminazione delle vibrazioni.

Riferimento: "Verifiable Blind Quantum Computing with Trapped Ions and Single Photons" di P. Drmota, D. P. Nadlinger, D. Main, B. C. Nichol, E. M. Ainley, D. Leichtle, A. Mantri, E. Kashefi, R. Srinivas, G. Araneda, C. J. Ballance e D. M. Lucas, 10 Aprile 2024, Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.150604

Funding for the research came from the UK Quantum Computing and Simulation (QCS) Hub, with scientists from the UK National Quantum Computing Centre, the Paris-Sorbonne University, the University of Edinburgh, and the University of Maryland, collaborating on the work.