Квантовые компьютеры обладают огромным потенциалом для решения сложных задач, которые выходят за рамки возможностей классических компьютеров. Подумайте о разработке лекарств, материаловедении и финансовом моделировании — все эти сферы благоприятны для перестройки благодаря уникальной вычислительной мощности квантовых систем. Однако эти хрупкие машины склонны к ошибкам, вызванным шумом окружающей среды и несовершенствами их аппаратной части. Это ставит перед нами серьезную проблему: как нам доверять полученным ими результатам?
На помощь приходят криптографические протоколы проверки — программные меры безопасности, предназначенные для обеспечения точности выполнения квантовыми компьютерами вычислений и предотвращения любых попыток подделки их результатов. Эти протоколы крайне важны для формирования доверия к квантовому вычислению, особенно по мере того, как системы становятся все больше и сложнее. Проверка вычислений на всё более мощных машинах станет невозможной традиционными методами сравнения с классическими симуляциями.
Ученые из Сорбонны, Эдинбургского университета и Quantinuum добились прорыва: они разработали новый протокол, который позволяет квантовым компьютерам в сущности самим проверять свои результаты. Этот инновационный подход, описанный в статье, опубликованной в Physical Review Letters, был успешно протестирован на квантовом процессоре Quantinuum H1-1 — значительный шаг вперёд для практического применения.
Как это работает: криптография для самоуверенности
Традиционно протоколы проверки полагались на сравнение вычислений между отдельными квантовыми процессорами или использовании классических компьютеров для сверки результатов. Но этот новый протокол меняет правила игры, интегрируя криптографические принципы непосредственно в один квантовый чип. Представьте себе встроенный ‘детектор лжи’ для квантовых компьютеров!
Секрет заключается в том, чтобы вплести «тесты» в саму ткань вычисления. В случайном порядке между расчётами располагаются проверки, которые показывают, правильно ли работает аппаратное обеспечение. Анализируя результаты этих проверок, система статистически может определить, являются ли её вычисления надёжными. Представьте себе проверку качества, встроенную прямо на производственной линии.
“Мы реализовали полностью проверенное квантовое вычисление на реальном оборудовании с использованием современной технологии”, — объясняет Сика Густани, главный автор исследования. «Протокол уже работает под очень общими предположениями о шуме — которые охватывают большинство типов ошибок в квантовом вычислении — и может быть эффективно смоделирован.»
За пределами теории: первый шаг на реальном оборудовании
Это не просто теоретическая игра. Команда успешно проверила самое большое до настоящего времени квантовое измерение, основанное на вычислениях, которое включало 52 переплетённых кубита (элементарные блоки квантовой информации). Это достижение демонстрирует, что криптографическая проверка может работать с имеющимся оборудованием и масштабироваться для обработки более крупных вычислений.
Будущее: доверенное квантовое вычисление
Хотя квантовое вычисление находится ещё в зачаточном состоянии, это открытие является важным шагом к построению доверия к этой технологии. По мере того как квантовые компьютеры становятся всё мощнее и более распространёнными, способность к самопроверке результатов будет крайне важна для обеспечения точности и безопасности. Будущие исследования будут направлены на совершенствование протокола с учётом более реалистичных моделей шума и интеграцию его с архтектурами, устойчивыми к ошибкам — что откроет дорогу к действительно надёжным и безопасным квантовым вычислениям.
Данная проверка непосредственно на чипе открывает захватывающие возможности для различных областей, включая саму криптографию. Представьте себе ультрабезопасную коммуникацию, построенную на внутренних свойствах квантовой механики, защищённую самой этой системой самоуверенности внутри квантовых компьютеров. Путь к практическому и надёжному квантовому вычислению продолжается, подталкиваемый такими прорывными достижениями.
