Garanderen van Beveiliging en Privacy: Nieuwe Quantum Doorbraak Kan Miljoenen Mensen Ten Goede Komen

Het proces stelt een externe gebruiker (rechts) in staat om veilig toegang te krijgen tot een quantumcomputer in de cloud (links). Credit: Helene Hainzer, Oxford University Physics.

Een recente doorbraak die veiligheid en privacy garandeert door natuurkundigen van de Universiteit van Oxford zou miljoenen mensen en bedrijven kunnen in staat stellen de mogelijkheden van kwantumcomputing van de volgende generatie te benutten. Deze vooruitgang belooft het transformerende potentieel van cloudgebaseerde quantumcomputing te ontsluiten en wordt in detail beschreven in een nieuwe studie gepubliceerd in het invloedrijke Amerikaanse wetenschappelijk tijdschrift Physical Review Letters.

Professor David Lucas, co-hoofd van het onderzoeksteam van de Oxford University Physics en hoofdwetenschapper bij de UK Quantum Computing and Simulation Hub. Credit: Martin Small

Quantum computing ontwikkelt zich snel en baant de weg voor nieuwe toepassingen die diensten in veel gebieden zoals gezondheidszorg en financiële diensten kunnen transformeren. Het werkt op een fundamenteel andere manier dan conventionele computing en is potentieel veel krachtiger. Het vereist echter momenteel gecontroleerde omstandigheden om stabiel te blijven en er zijn zorgen over de authenticiteit van gegevens en de effectiviteit van huidige beveiligings- en coderingssystemen.

Verschillende toonaangevende aanbieders van cloudgebaseerde diensten, zoals Google, Amazon en IBM, bieden al afzonderlijk enkele elementen van quantum computing aan. Het waarborgen van de privacy en beveiliging van klantgegevens is een essentiële voorloper voor het opschalen en uitbreiden van het gebruik ervan en voor de ontwikkeling van nieuwe toepassingen naarmate de technologie vordert. De nieuwe studie van onderzoekers aan de Oxford University Physics gaat in op deze uitdagingen.

"We hebben voor het eerst aangetoond dat quantum computing in de cloud op een schaalbare, praktische manier kan worden benaderd die mensen ook volledige beveiliging en privacy van gegevens biedt, plus de mogelijkheid om de authenticiteit ervan te verifiëren," zei professor David Lucas, die mede aan het hoofd staat van het Oxford University Physics onderzoeksteam en hoofdwetenschapper bij de UK Quantum Computing and Simulation Hub, onder leiding van Oxford University Physics.

Experimenten over quantum computing in de Beecroft-faciliteit, Oxford University Physics. Credit: David Nadlinger, Oxford University Physics.

In de nieuwe studie gebruiken de onderzoekers een aanpak die "blind quantum computing" wordt genoemd, die twee volledig afzonderlijke quantum computing-entiteiten- potentieel een individu thuis of op kantoor die toegang krijgt tot een cloudserver - op een volledig veilige manier met elkaar verbindt. Belangrijk is dat hun nieuwe methoden kunnen worden opgeschaald naar grote quantum berekeningen.

Peter Drmota, auteur van de nieuwe studie die de experimenten leidde op het gebied van blind quantum computing aan de Oxford University Physics. Credit: Martin Small.

"Met behulp van blind quantum computing kunnen klanten toegang krijgen tot externe quantumcomputers om vertrouwelijke gegevens te verwerken met geheime algoritmes en zelfs de resultaten verifiëren op de juistheid, zonder nuttige informatie prijs te geven. Dit concept realiseren is een grote stap vooruit op het gebied van quantum computing en voor het veilig houden van onze informatie online." zei studieleider Dr. Peter Drmota, van de Oxford University Physics.

De onderzoekers creëerden een systeem dat bestaat uit een vezelnetwerkverbinding tussen een quantum computing-server en een eenvoudig apparaat dat fotonen detecteert, of lichtdeeltjes, op een onafhankelijke computer die op afstand toegang heeft tot de cloudservices. Hierdoor kan zogenaamde 'blind quantum computing' over een netwerk worden uitgevoerd. Elke berekening veroorzaakt een correctie die moet worden toegepast op alle volgende berekeningen en heeft realtime informatie nodig om het algoritme te volgen. De onderzoekers gebruikten een unieke combinatie van quantumgeheugen en fotonen om dit te bereiken.

“Nooit eerder in de geschiedenis zijn de kwesties rond de privacy van gegevens en code urgenter bediscussieerd dan in het huidige tijdperk van cloud computing en kunstmatige intelligentie," zei professor David Lucas. “Naarmate quantumcomputers capabeler worden, zullen mensen ernaar streven om ze met volledige beveiliging en privacy over netwerken te gebruiken, en onze nieuwe resultaten vormen een stap vooruit in dit opzicht."

De resultaten zouden uiteindelijk kunnen leiden tot de commerciële ontwikkeling van apparaten om in laptops te steken, om de gegevens te beschermen wanneer mensen gebruik maken van kwantumcloud-computerdiensten.

Onderzoekers die quantum computing en technologieën onderzoeken aan de Oxford University Physics hebben toegang tot de state-of-the-art Beecroft laboratoriumfaciliteit, speciaal gebouwd om stabiele en veilige omstandigheden te creëren, inclusief het elimineren van trillingen.

Referentie: “Verifiable Blind Quantum Computing with Trapped Ions and Single Photons” door 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 en D. M. Lucas, 10 April 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.