Oxford Üniversitesi Fizik Bölümü’ndeki bilim insanları, kuantum güvenliğinin geliştirilmesinde, bir gün insanların kuantum hesaplamanın gerçek gücünü, potansiyel olarak evlerde de dahil olmak üzere güvenli ve emniyetli bir şekilde açığa çıkarmalarının yolunu açabilecek büyük bir atılım gerçekleştirdi.
Kör kuantum hesaplama yaklaşımı olarak adlandırılan yaklaşım, İngiltere’de Oxford Üniversitesi Fizik doktora sonrası araştırma görevlisi Peter Drmota liderliğindeki bir ekip tarafından, tuzaklanmış iyon kuantum işlemcisi kullanılarak geliştirildi ve test edildi.
Yüklü atomik parçacıkların veya iyonların elektromanyetik alanlar kullanılarak hapsedildiği iyon yakalama, büyük ölçekli kuantum hesaplamaya yönelik önerilen birkaç yaklaşımdan biridir ve Drmota, iyon yakalamanın en umut verici potansiyel araç olduğuna inanan birkaç bilim insanı arasındadır. Kuantum hesaplamayı “yapmak”.
Ekibin sonuçlarının bu hafta yayınlanmasından önce Computer Weekly’ye konuşan kendisi, Oxford’da yürütülen deneyler sayesinde konseptin sahada öne çıkmaya başlayabileceğini söyledi.
Kuantum hesaplamayı klasik hesaplamadan, klasik hesaplamanın abaküsten ne kadar uzak olduğunu tanımlayan Drmota, “Kuantum hesaplamayı kuantum şifrelemeyle ölçeklenebilir bir şekilde birleştiren ilk kişiler biziz” dedi.
Kuantum hesaplamanın, ilaç keşfinden yeni virüslerle mücadeleye, iklim bozulmasına yönelik hafifletici önlemlerin geliştirilmesine kadar insanlığın önümüzdeki 100 yılın en büyük zorluklarından bazılarını çözmesine yardımcı olacak alanlarda uygulamalara sahip olması beklenen ticari potansiyelin halihazırda çok büyük olduğu biliniyor. .
“Ancak potansiyeli açığa çıkarmak için insanların veya şirketlerin işlemek istediği verilerin güvenli olduğundan emin olmamız gerekiyor ve kör kuantum hesaplamanın devreye girdiği yer burası, çünkü yalnızca verileri değil, aynı zamanda kullanılan algoritmayı da gizliyor. sunucudan ve yol boyunca kulak misafiri olanlardan gelen verileri işliyor,” diye açıkladı Drmota.
Çok az sayıda bilimsel teori, kuantum mekaniğinden daha yüksek derecede bilimsel hassasiyetle test edilmiştir ve kör yaklaşım, kuantum nesnelerinin durumlarını değiştirmeden kopyalanamayacağı veya gözlemlenemeyeceği şeklindeki yerleşik gerçeğe dayanmaktadır.
Bunun anlamı, eğer kuantum nesnesi veriyi kodluyorsa, hiç kimse onu bozmadan kopyalayamaz veya okuyamaz ve herhangi bir müdahale fark edilebilir; aslında herhangi bir müdahale, verileri yok eder.
Drmota, “Bu, temel olarak hem verileri hem de hesaplamayı koruyor” dedi. “Bu yüzden buna kör kuantum hesaplama deniyor çünkü kuantum bilgisayar işlediği verilere karşı kör.
“Hiç kimse verilere casusluk yapamayacak çünkü veriler onlara rastgele görünüyor. Müşteri dışındaki herkese rastgele görünüyor. Yaklaşımın güzelliği bu. Ve buradaki rastgelelik, en gelişmiş şifrelemeyi, yani şifrelemeyi gerçekleştirmenin en güvenli yolu olan tek kullanımlık pad’i kullanmamızdan kaynaklanmaktadır. Müşteri bu şifreleme düzenini mükemmel güvenlik için kullanabilir.”
Deneylerde Drmota ve ekibi, bir kuantum hesaplama sunucusunu bağlayan sıradan bir fiber ağ bağlantısından ve sunucuya uzaktan erişen bağımsız bir istemci bilgisayarda hafif parçacıkları veya fotonları tespit etmek için ayarlanmış basit bir cihazdan oluşan bir sistem yarattı. aslında bulut. Kuantum belleğin ve fotonların benzersiz bir kombinasyonunu kullanarak, sunucudaki örnek verileri kullanarak bir dizi hesaplamayı, sunucunun herhangi bir noktada herhangi bir veriyi görmesine gerek kalmadan uzaktan gerçekleştirerek yaklaşımı başarılı bir şekilde test edebildiler.
Drmota, “Müşteriler, kör kuantum hesaplamayı kullanarak, gizli verileri gizli algoritmalarla işlemek için uzaktaki kuantum bilgisayarlara erişebilir ve hatta herhangi bir yararlı bilgiyi açıklamadan sonuçların doğru olduğunu doğrulayabilir” dedi.
Veri işleme sonuçlarının doğrulanması, kör kuantum hesaplamanın Drmota’nın özellikle ilginç bulduğu bir yönüdür.
“Gerçekten güçlü bir kuantum bilgisayarımız varsa ve başka türlü çözemeyeceğimiz bir sorunu çözüyorsak, sorunu çözmenin başka yolu olmadığından çözümün doğru olduğunu nasıl kontrol edeceğiz? Burada kör kuantum hesaplamanın imdadımıza yetişiyor çünkü artık kuantum bilgisayarını kuantum bilgisayarının bilgisi olmadan test edebiliyoruz” diye açıkladı.
Veri işlemcisi, gerçek hesaplamayı kuantum bilgisayarının yeterince sık ayırt edemediği testlerle değiştirerek, güvenli olmanın yanı sıra hesaplamaların doğru olduğuna olan güvenini artırabilir.
“Bu kavramın farkına varmak, hem kuantum hesaplamada hem de bilgilerimizi çevrimiçi ortamda güvende tutmada ileriye doğru büyük bir adımdır” diye ekledi.
Gelecek için büyük umut vaat eden şey, kör kuantum hesaplama yönteminin göreceli basitliğidir. Oxford’da öncülük edilen yaklaşım ölçeklenebilir gibi görünüyor ve araştırmacılar gelecekteki gerçekleştirmelerin, fotonların optik anahtarlar kullanılarak yönlendirildiği, bulutta barındırılan kuantum sunucuları ve dağıtılmış istemcilerden oluşan ağları kapsayabileceğini öngörüyor.
Kuantum sunucuları elbette olması gerektiği kadar karmaşık olacak, ancak diğer her şey bugün raflarda: istemci bilgisayarlar klasik, sıradan bilgisayarlardır; foton dedektörleri nispeten ucuzdur; ve fiber ağlar her yerde.
Özetle, ekip, araştırmanın, gizli kuantum hesaplamalarının minimum düzeyde kaynağa sahip bir istemciden tam kapasiteye sahip ancak güvenilmeyen bir kuantum sunucusuna güvenli bir şekilde devredilmesinin yolunu açtığını ve kuantum hesaplamanın gücünü sıradan bir uç noktaya güvenli bir şekilde getirdiğini söyledi. Kuantum bilişim çağı ile hibrit iş gücü çağı çarpışmak üzere olabilir.
Araştırma, Birleşik Krallık Kuantum Hesaplama ve Simülasyon (QCS) Merkezi ve ABD’deki Ulusal Kuantum Bilgi İşlem Merkezi, Paris-Sorbonne Üniversitesi, Edinburgh Üniversitesi ve Maryland Üniversitesi’nden bilim adamlarının finansmanıyla desteklendi. Araştırmanın tamamı dergide yayınlandı Fiziksel İnceleme Mektupları.