Gwarantowanie bezpieczeństwa i prywatności: Nowe przełomowe odkrycie w dziedzinie kwantowej może przynieść korzyści milionom ludzi

Proces umożliwia zdalnemu użytkownikowi (po prawej stronie) dostęp do komputera kwantowego w chmurze (po lewej stronie) z pełnym bezpieczeństwem. Kredyty: Helene Hainzer, Oxford University Physics.

Niedawne przełomowe gwarancje bezpieczeństwa i prywatności opracowane przez fizyków z Uniwersytetu Oksfordzkiego mogą umożliwić milionom ludzi i firm korzystanie z możliwości komputingu kwantowego nowej generacji. Ten postęp obiecuje odblokować transformacyjny potencjał komputacji kwantowej w chmurze. Szczegółowo omówiono go w nowym badaniu opublikowanym w wpływowym amerykańskim naukowym czasopiśmie Physical Review Letters.

Profesor David Lucas, współkierujący zespołem badawczym Oxford University Physics i główny naukowiec w UK Quantum Computing and Simulation Hub. Kredyty: Martin Small

Komputacja kwantowa rozwija się bardzo szybko, torując drogę dla nowych zastosowań, które mogą zrewolucjonizować usługi w wielu obszarach, takich jak opieka zdrowotna i usługi finansowe. Działa ona fundamentalnie inaczej niż tradycyjne komputery i jest potencjalnie o wiele bardziej potężna. Obecnie jednak wymaga kontrolowanych warunków do zachowania stabilności oraz są obawy dotyczące autentyczności danych i skuteczności obecnych systemów bezpieczeństwa i szyfrowania.

Kilku czołowych dostawców usług opartych na chmurze, takich jak Google, Amazon i IBM, już oddzielnie oferuje pewne elementy komputacji kwantowej. Zapewnienie prywatności i bezpieczeństwa danych klientów jest kluczowe dla zwiększenia skali jej użytkowania i rozszerzenia jej zastosowań, a także dla rozwoju nowych aplikacji w miarę postępu technologii. Nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z Oxford University Physics podejmuje te wyzwania.

„Pokazaliśmy po raz pierwszy, że komputację kwantową w chmurze można zastosować w skali, praktyczny sposób, który zapewni ludziom pełne bezpieczeństwo i prywatność danych, a także możliwość weryfikacji ich autentyczności - powiedział profesor David Lucas, który kieruje zespołem badawczym Oxford University Physics i jest głównym naukowcem w UK Quantum Computing and Simulation Hub, kierowanym z Uniwersytetu Oksfordzkiego.

Eksperymenty z komputacją kwantową w obiekcie Beecroft, Oxford University Physics. Kredyty: David Nadlinger, Oxford University Physics.

W nowym badaniu, naukowcy użyli podejścia zwanego "ślepym komputowaniem kwantowym", które łączy dwie zupełnie oddzielne jednostki komputacji kwantowej - potencjalnie osobę w domu lub w biurze korzystającą z serwera chmurowego - w zupełnie bezpieczny sposób. Co ważne, nowe metody można skalować do dużych obliczeń kwantowych.

Peter Drmota, autor nowego badania, kierował eksperymentami dotyczącymi ślepego komputowania kwantowego na Oxford University Physics. Kredyty: Martin Small.

"Korzystając ze ślepego komputowania kwantowego, klienci mogą zdalnie korzystać z komputerów kwantowych do przetwarzania poufnych danych przy użyciu tajnych algorytmów, a nawet zweryfikować, czy wyniki są poprawne, nie ujawniając żadnych przydatnych informacji. Urzeczywistnienie tego koncepcji to duży krok naprzód zarówno w komputacji kwantowej, jak i ochronie naszych informacji w Internecie" - powiedział kierownik badania, dr Peter Drmota z Oxford University Physics.

Naukowcy stworzyli system składający się z sieci światłowodowej łączącej serwer komputera kwantowego z prostym urządzeniem wykrywającym fotony, czyli cząstki światła, na niezależnym komputerze zdalnie dostępującym do jego usług chmurowych. To pozwala na tzw. ślepą komputację kwantową przez sieć. Każde obliczenie wymaga korekty, która musi być zastosowana do wszystkich kolejnych i wymaga informacji w czasie rzeczywistym, aby była zgodna z algorytmem. Naukowcy użyli unikalnej kombinacji pamięci kwantowej i fotonów, aby to osiągnąć.

„Nigdy w historii kwestie związane z prywatnością danych i kodu nie były dyskutowane pilniej niż w obecnej erze komputacji chmurowej i sztucznej inteligencji — powiedział profesor David Lucas. — W miarę jak komputery kwantowe stają się coraz bardziej sprawne, ludzie będą chcieli korzystać z nich z pełnym bezpieczeństwem i prywatnością poprzez sieci, a nasze nowe wyniki oznaczają znaczną zmianę w tej dziedzinie."

Wyniki te mogą ostatecznie prowadzić do komercyjnego rozwoju urządzeń do podłączania do laptopów, które zapewniają bezpieczeństwo danych podczas korzystania z usług chmurowego komputowania kwantowego.

Naukowcy badający komputację kwantową i technologie na Oxford University Physics mają dostęp do najnowocześniejszego laboratorium Beecroft, specjalnie przeznaczonego do tworzenia stabilnych i bezpiecznych warunków, w tym eliminacji drgań.

Odniesienie: “Verifiable Blind Quantum Computing with Trapped Ions and Single Photons” autorstwa P. Drmoty, D. P. Nadlingera, D. Maina, B. C. Nichola, E. M. Ainley, D. Leichtle, A. Mantri, E. Kashefi, R. Srinivas, G. Araneda, C. J. Ballance i D. M. Lucasa, 10 kwietnia 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.