Pełna moc obliczeń kwantowych nowej generacji będzie mogła wkrótce zostać wykorzystana przez miliony osób i firm dzięki przełomowi dokonanemu przez naukowców z fizyki Uniwersytetu Oksfordzkiego, gwarantującemu bezpieczeństwo i prywatność. Postęp ten ma szansę uwolnić transformacyjny potencjał obliczeń kwantowych w chmurze i został szczegółowo opisany w nowym badaniu opublikowanym we wpływowym amerykańskim czasopiśmie naukowym Physical Review Letters.
Obliczenia kwantowe rozwijają się szybko, torując drogę nowym aplikacjom, które mogą przekształcić usługi w wielu obszarach, takich jak opieka zdrowotna i usługi finansowe. Działa w zasadniczo inny sposób niż konwencjonalne obliczenia i jest potencjalnie znacznie potężniejszy. Obecnie jednak, aby zachować stabilność, wymagane są kontrolowane warunki, a także istnieją obawy co do autentyczności danych i skuteczności obecnych systemów bezpieczeństwa i szyfrowania.
Kilku wiodących dostawców usług w chmurze, takich jak Google, Amazon i IBM, już osobno oferuje pewne elementy obliczeń kwantowych. Ochrona prywatności i bezpieczeństwa danych klientów jest istotnym wstępem do zwiększania skali i rozszerzania ich wykorzystania, a także do opracowywania nowych aplikacji w miarę postępu technologicznego. Nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z fizyki Uniwersytetu Oksfordzkiego odpowiada na te wyzwania.
„Po raz pierwszy pokazaliśmy, że dostęp do obliczeń kwantowych w chmurze można uzyskać w skalowalny, praktyczny sposób, który zapewni jednocześnie ludziom pełne bezpieczeństwo i prywatność danych, a także możliwość weryfikacji ich autentyczności” – powiedział profesor David Lucas, który współprzewodniczy zespołowi badawczemu Fizyki Uniwersytetu Oksfordzkiego i jest głównym naukowcem w brytyjskim Centrum Obliczeń Kwantowych i Symulacji, kierowanym przez Fizykę Uniwersytetu Oksfordzkiego.
W nowym badaniu naukowcy stosują podejście zwane „ślepym przetwarzaniem kwantowym”, które w całkowicie bezpieczny sposób łączy dwie całkowicie oddzielne jednostki obliczeń kwantowych – potencjalnie osobę w domu lub w biurze uzyskującą dostęp do serwera w chmurze. Co ważne, ich nowe metody można skalować do dużych obliczeń kwantowych.
„Dzięki ślepemu przetwarzaniu kwantowemu klienci mogą uzyskiwać dostęp do zdalnych komputerów kwantowych w celu przetwarzania poufnych danych za pomocą tajnych algorytmów, a nawet weryfikować poprawność wyników, nie ujawniając żadnych przydatnych informacji. Urzeczywistnienie tej koncepcji to duży krok naprzód zarówno w dziedzinie obliczeń kwantowych, jak i zapewnienia bezpieczeństwa naszych informacji online” – powiedział kierownik badania, dr Peter Drmota z fizyki na Uniwersytecie Oksfordzkim.
Naukowcy stworzyli system składający się z łącza sieci światłowodowej pomiędzy serwerem obliczeń kwantowych a prostym urządzeniem wykrywającym fotony, czyli cząstki światła, na niezależnym komputerze uzyskującym zdalny dostęp do usług w chmurze. Umożliwia to tak zwane ślepe przetwarzanie kwantowe w sieci. Każde obliczenie wiąże się z korektą, którą należy zastosować do wszystkich kolejnych obliczeń, i wymaga informacji w czasie rzeczywistym, aby zachować zgodność z algorytmem. Aby to osiągnąć, badacze wykorzystali unikalną kombinację pamięci kwantowej i fotonów.
„Nigdy w historii kwestie związane z prywatnością danych i kodu nie były debatowane tak pilnie, jak w obecnej erze przetwarzania w chmurze i sztucznej inteligencji” – powiedział profesor David Lucas. „W miarę zwiększania się możliwości komputerów kwantowych ludzie będą starali się z nich korzystać przy zapewnieniu pełnego bezpieczeństwa i prywatności w sieciach, a nasze nowe wyniki oznaczają skokową zmianę możliwości w tym zakresie”.
Wyniki mogą ostatecznie doprowadzić do komercyjnego opracowania urządzeń podłączanych do laptopów w celu ochrony danych podczas korzystania z usług przetwarzania w chmurze kwantowej.
Naukowcy badający obliczenia kwantowe i technologie na Uniwersytecie Oksfordzkim mają dostęp do najnowocześniejszego laboratorium Beecroft, specjalnie skonstruowanego w celu stworzenia stabilnych i bezpiecznych warunków, w tym eliminacji wibracji.
Środki na badania pochodziły z brytyjskiego centrum obliczeń kwantowych i symulacji (QCS), a przy pracach współpracowali naukowcy z brytyjskiego Krajowego Centrum Obliczeń Kwantowych, Uniwersytetu Paris-Sorbonne, Uniwersytetu w Edynburgu i Uniwersytetu Maryland.