基於雲端的量子運算將允許對加密位元進行安全運算 基於雲端的量子運算將允許對加密位元進行安全運算

基於雲端的量子運算將允許對加密位元進行安全運算

基於雲端的量子運算將允許對加密位元進行安全運算

當量子電腦最終發展到更大規模時,它們很可能仍將是極其珍貴的資源,就像我們現有的經典超級電腦一樣,被鎖在研究機構中。因此,任何想要進行量子運算的人都可能需要在雲端進行,遠端存取位於其他地方的量子伺服器。一種新的雙盲加密方法可以確保這些計算的秘密性。它利用了量子力學的不確定性和特殊性,從而發揮了雙重優勢。

想像一下,你是一名開發者,你有一段程式碼想在量子電腦上運行。再想像一下,有一家量子電腦製造商聲稱你的程式碼可以在他們的系統上運作。但你們彼此無法信任——身為開發者的你不希望電腦製造商竊取你的優秀程式碼,而製造商也不希望你們窺探他們突破性的機器。這個新系統可以同時滿足你們雙方的需求。

維也納大學量子科學與技術中心的 Stefanie Barz 和她的同事們準備了一項盲計算技術的實驗演示,並用兩種著名的量子計算演算法對其進行了測試。

工作原理如下:身為開發者的你,準備一些量子位元,在這個例子中是只有你知道極性(垂直或水平)的光子。然後,你將這些光子發送到遠端量子伺服器。電腦使用量子糾纏閘將這些量子位元與更多的量子位元糾纏在一起——但電腦並不知道糾纏態的具體性質,只知道它們確實糾纏在一起。伺服器對糾纏態“不知情”,任何連接到伺服器的人也是如此。

想像一下,電腦試圖窺探量子比特,觀察它們的糾纏狀態,進而提取它們所攜帶的資訊。由於量子力學定律,你肯定能察覺到。就像貓一樣,在你檢查它究竟是死是活之前,它既是死的又是活的;一旦檢查,它就只能確定是死是活。如果你的光子有特定的狀態,你就能判斷它是否被窺探過。

回到糾纏比特。實際的資訊處理是透過對你的量子位元進行一系列測量來實現的。這些測量由你根據每個量子位元的特定狀態(同樣,只有你知道這些狀態)來控制。量子伺服器會執行這些測量並將結果報告給你。這被稱為基於測量的量子計算。然後,你就可以根據你對量子位元初始狀態的了解來解釋結果。對於電腦——或任何攔截者——來說,整個過程看起來完全是隨機的。

由於你知道進行測量的糾纏態,你就可以確定伺服器是否真的是一台量子電腦。而且你無需透露你的演算法、輸入甚至輸出——它是完全安全的,研究人員在今天發表於《科學》雜誌網路版的論文中寫道。

牛津大學研究員弗拉特科·韋德拉爾 (Vlatko Vedral) 撰寫了一篇觀點文章解釋這一發現,他表示,盲量子計算比經典盲計算更安全,後者依賴於諸如素數逆分解之類的策略。

韋德拉爾寫道:“量子物理定律保證了雙重盲性,而不是像經典物理學那樣,由計算任務的難度所保證。”

維也納團隊認為,他們的模擬技術對於未來的基於雲端的量子運算網路來說可能是一種有用的技術。

他們寫道:“我們的實驗是朝著在客戶端-伺服器環境中實現無條件安全的量子計算邁出的一步,在這種環境中,客戶端的整個計算過程都是隱藏的,而這種功能在經典世界中是無法實現的。”