Kwantumcomputers zijn veelbelovend voor het aanpakken van complexe problemen die buiten het bereik van klassieke computers liggen. Denk aan de ontdekking van medicijnen, materiaalwetenschap en financiële modellering; allemaal gebieden die rijp zijn voor verstoring door de unieke verwerkingskracht van quantum. Deze delicate machines zijn echter notoir gevoelig voor fouten veroorzaakt door omgevingsgeluid en onvolkomenheden in hun hardware. Dit vormt een grote uitdaging: hoe kunnen we vertrouwen op de resultaten die zij opleveren?
Voer cryptografische verificatieprotocollen in: softwarebeveiligingen die zijn ontworpen om ervoor te zorgen dat kwantumcomputers nauwkeurig berekeningen uitvoeren en dat er niet met hun uitvoer is geknoeid. Deze protocollen zijn cruciaal voor het opbouwen van vertrouwen in quantum computing, vooral omdat systemen groter en complexer worden. Het verifiëren van berekeningen op steeds krachtigere machines zal onmogelijk worden door traditionele vergelijkingen met klassieke simulaties.
Er is een doorbraak bereikt door onderzoekers van de Sorbonne Universiteit, de Universiteit van Edinburgh en Quantinuum, die een nieuw protocol hebben ontwikkeld waarmee kwantumcomputers hun resultaten in essentie zelf kunnen verifiëren. Deze innovatieve aanpak, beschreven in een artikel gepubliceerd in Physical Review Letters, werd met succes getest op de H1-1-kwantumprocessor van Quantinuum – een belangrijke stap voorwaarts voor praktische toepassing.
Hoe het werkt: cryptografie voor zelfvertrouwen
Traditioneel zijn verificatieprotocollen gebaseerd op het vergelijken van berekeningen tussen afzonderlijke kwantumprocessors of het gebruik van klassieke computers om de resultaten te vergelijken. Dit nieuwe protocol draait het script om en integreert cryptografische principes rechtstreeks op één enkele kwantumchip. Stel je een ingebouwde ‘leugendetector’ voor kwantumcomputers voor!
De sleutel is het verweven van ‘tests’ in de structuur van de berekening. Willekeurig afgewisseld binnen de berekeningen zijn controles die uitwijzen of de hardware zich correct gedraagt. Door de resultaten van deze tests te analyseren, kan het systeem statistisch bepalen of de berekeningen betrouwbaar zijn. Zie het als een kwaliteitscontrole die rechtstreeks in de productielijn is ingebouwd.
“We hebben een volledig geverifieerde kwantumberekening op echte hardware gebracht met behulp van de technologie van vandaag”, legt Cica Gustiani, hoofdauteur van het onderzoek, uit. “Het protocol werkt al onder zeer algemene aannames over ruis – die de meeste soorten fouten in kwantumcomputers dekt – en kan efficiënt worden gesimuleerd.”
Beyond Theory: een primeur op echte hardware
Dit is niet alleen een theoretische oefening. Het team heeft met succes de grootste op metingen gebaseerde kwantumberekening tot nu toe geverifieerd, waarbij 52 verstrengelde qubits (de bouwstenen van kwantuminformatie) betrokken waren. Deze prestatie toont aan dat cryptografisch geïnspireerde verificatie kan werken met bestaande hardware en kan worden opgeschaald om grotere berekeningen aan te kunnen.
De toekomst: betrouwbare kwantumcomputing
Hoewel quantum computing zich nog in de beginfase bevindt, markeert deze ontwikkeling een cruciale stap in de richting van het opbouwen van vertrouwen in de technologie. Naarmate kwantumcomputers krachtiger en wijdverbreider worden, zal het zelf kunnen verifiëren van resultaten essentieel zijn voor het garanderen van nauwkeurigheid en veiligheid. Toekomstig onderzoek zal zich richten op het verfijnen van het protocol om meer realistische ruismodellen te verwerken en het te integreren met fouttolerante architecturen – waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor echt betrouwbare en veilige kwantumcomputing.
Deze verificatie op de chip opent opwindende mogelijkheden voor verschillende vakgebieden, waaronder de cryptografie zelf. Stel je ultraveilige communicatie voor, gebouwd op de inherente eigenschappen van de kwantummechanica, beschermd door dit systeem van zelfverzekerdheid binnen de kwantumcomputers zelf. De reis naar praktische, betrouwbare kwantumcomputing gaat verder, aangedreven door baanbrekende ontwikkelingen zoals deze.
