Квантові комп’ютери мають величезний потенціал для вирішення складних проблем, які виходять за межі можливостей класичних комп’ютерів. Подумайте про розробку ліків, матеріалознавство та фінансове моделювання — усі сфери, які готові до зриву завдяки унікальній обчислювальній потужності квантових систем. Однак ці тендітні машини схильні до помилок, спричинених шумом навколишнього середовища та недосконалістю їх апаратного забезпечення. Це створює для нас серйозну проблему: як ми можемо довіряти їхнім результатам?
На допомогу приходять протоколи криптографічної верифікації – заходи безпеки програмного забезпечення, призначені для того, щоб квантові комп’ютери виконували точні обчислення та запобігали будь-яким спробам фальсифікації їхніх результатів. Ці протоколи мають вирішальне значення для створення довіри до квантових обчислень, особливо коли системи стають все більшими та складнішими. Перевірка розрахунків на дедалі потужніших машинах стане неможливою за допомогою традиційних методів порівняння з класичним моделюванням.
Вчені з Сорбонни, Единбурзького університету та Quantinuum досягли прориву: вони розробили новий протокол, який дозволяє квантовим комп’ютерам по суті самостійно перевіряти свої результати. Цей інноваційний підхід, описаний у статті, опублікованій у Physical Review Letters, був успішно випробуваний на квантовому процесорі Quantinuum H1-1 — значний крок вперед для практичних застосувань.
Як це працює: криптографія для впевненості в собі
Традиційно протоколи верифікації спиралися на порівняння обчислень між окремими квантовими процесорами або використання класичних комп’ютерів для перевірки результатів. Але цей новий протокол кардинально змінює правила гри, інтегруючи криптографічні принципи безпосередньо в один квантовий чіп. Уявіть собі вбудований «детектор брехні» для квантових комп’ютерів!
Секрет полягає в тому, щоб вплести «тести» в саму тканину розрахунку. Рандомізовані між обчисленнями перевірки, які показують, чи апаратне забезпечення працює правильно. Аналізуючи результати цих перевірок, система може статистично визначити, чи надійні її розрахунки. Уявіть собі контроль якості, вбудований прямо у виробничу лінію.
«Ми впровадили повністю перевірені квантові обчислення на реальному апаратному забезпеченні за допомогою найсучасніших технологій», — пояснює Сіка Густані, провідний автор дослідження. «Протокол уже працює за дуже загальних припущень щодо шуму, які охоплюють більшість типів помилок у квантових обчисленнях, і може бути ефективно змодельований».
Beyond Theory: First Step on Real Hardware
Це не просто теоретична гра. Команда успішно протестувала найбільше обчислювальне квантове вимірювання на сьогоднішній день, яке включало 52 переплетених кубіти (елементарні одиниці квантової інформації). Це досягнення демонструє, що криптографічна перевірка може працювати з наявним апаратним забезпеченням і масштабуватися для обробки більших обчислень.
Майбутнє: надійні квантові обчислення
Хоча квантові обчислення все ще перебувають у зародковому стані, це відкриття є важливим кроком до зміцнення довіри до технології. Оскільки квантові комп’ютери стають все більш потужними та поширеними, здатність самостійно перевіряти результати буде мати вирішальне значення для забезпечення точності та безпеки. Майбутні дослідження будуть зосереджені на вдосконаленні протоколу для включення більш реалістичних моделей шуму та його інтеграції з стійкими до помилок архітектурами, прокладаючи шлях до справді надійних і безпечних квантових обчислень.
Ця перевірка на чіпі відкриває захоплюючі можливості для різноманітних галузей, включаючи саму криптографію. Уявіть собі надзахищений зв’язок, побудований на внутрішніх властивостях квантової механіки, захищений самою системою самовпевненості квантових комп’ютерів. Шлях до практичних і надійних квантових обчислень продовжується завдяки таким проривним досягненням.
