Слепые квантовые вычисления: защита данных в облаке с помощью квантовой механики

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Оффтопик

Квантовые вычисления — это магическое словосочетание, будоражащее умы ученых и фантастов. Представьте компьютеры, способные решать задачи, которые классическим машинам кажутся непосильными, как гора Эверест для улитки. Это открывает головокружительные перспективы: разработка новых лекарств, создание не взламываемых шифров, оптимизация сложных систем… Но есть одно «но»: квантовые компьютеры пока что остаются экзотикой, доступной лишь избранным.

Автор: Designer

И тут на сцену выходит облако — тот самый виртуальный мир, где хранятся наши фотографии, музыка и фильмы. Ученые задумались: а что, если сделать квантовые вычисления доступными через облачные сервисы? Это как дать каждому желающему прокатиться на космическом корабле, не выходя из дома.

Однако, как и в любом путешествии, здесь есть свои риски. Облачные технологии, при всей своей удобности, вызывают вопросы безопасности и конфиденциальности. Ведь наши данные, словно драгоценные камни, оказываются в чужих руках. А что, если кто-то захочет ими завладеть?

Именно здесь на помощь приходят «слепые квантовые вычисления» — технология, призванная сделать облачные сервисы безопасными и конфиденциальными. Представьте, что вы можете отправить свой запрос на квантовый сервер, не раскрывая ни алгоритма, ни данных. Сервер выполнит вычисления, а вы получите результат, будучи уверенными, что никто не подглядывал за процессом.

Верифицируемые слепые квантовые вычисления в модели, основанной на измерениях. Вычисление выражается в виде последовательности измерений на кирпичной кладке (двумерный граф с вершинами, представляющими виртуальные кубиты, и ребрами, указывающими cz вентили). Сервер удерживает m кубиты физической памяти (оранжевые атомы) и один кубит физической сети (фиолетовый атом). Сервер может детерминированно связывать эти кубиты друг с другом. Сетевой кубит также может быть запутан фотоном; Измеряя этот фотон, клиент может удаленно управлять сетевым кубитом на сервере, не уведомляя сервер о его состоянии. Это позволяет клиенту скрывать вычисления (входы, выходы и схему) от сервера. Более того, клиент может убедиться, что вычисления не были изменены (случайным) чередованием тестовых раундов, которые дают классически моделируемые результаты и не могут быть отличимы от фактических вычислений сервером.
Автор: P. Drmota, D. P. Nadlinger, D. Main, B. C. Nichol, E. M. Ainley, D. Leichtle, A. Mantri, E. Kashefi, R. Srinivas, G. Araneda, C. J. Ballance, and D. M. Lucas Phys. Rev. Lett. 132, 150604 — Published 10 April 2024DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.150604(CC-BY 4.0) Источник: journals.aps.org

Как же это работает? Исследователи из Оксфордского университета провели эксперимент, который можно сравнить с созданием квантового сейфа. Они использовали систему захваченных ионов — крошечных частиц, способных хранить квантовую информацию. Эти ионы были связаны с детектором фотонов — частиц света, несущих информацию от клиента.

Клиент отправляет фотоны на сервер, где они взаимодействуют с ионами. В результате ионы переходят в определенное квантовое состояние, известное только клиенту. Сервер выполняет вычисления, основываясь на этом состоянии, но не имея доступа к исходной информации.

Клиент выполняет дистанционную подготовку состояния (RSP) с помощью анализатора поляризации с быстрым переключением. а) Управляющие напряжения ( U a, U b ) двух МНВ, разделенных λ / 4 волновая пластина позволяет клиенту произвольно поворачивать базис измерения, заданный PBS. (b) Лазерное излучение используется для реконструкции этой основы для различных U a, U b. Поляризационные эллипсы показаны для базисных состояний, объявленных детектором p, где цвет обозначает их фазу. (c) Найти U a, U b которые максимизируют точность F к каждому целевому состоянию, необходимому во время протокола, мы выполняем томографию на сетевом кубите после RSP. Усредненные результаты 36 калибровок за 2 недели показаны в представлении сферы Блоха сетевого кубита. Значения указывают на то, что F, со стандартными отклонениями, полученными при начальной загрузке.
Автор: P. Drmota, D. P. Nadlinger, D. Main, B. C. Nichol, E. M. Ainley, D. Leichtle, A. Mantri, E. Kashefi, R. Srinivas, G. Araneda, C. J. Ballance, and D. M. Lucas Phys. Rev. Lett. 132, 150604 — Published 10 April 2024DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.150604 (CC-BY 4.0) Источник: journals.aps.org

Это похоже на игру в «горячо-холодно», где сервер пытается угадать правильный ответ, опираясь на подсказки клиента. Клиент, в свою очередь, может проверить правильность результата, используя законы квантовой механики.

Данное исследование — важный шаг на пути к созданию безопасных и конфиденциальных облачных квантовых вычислений. В будущем эта технология может стать ключом к решению сложных научных задач, разработке новых материалов и лекарств, а также обеспечению безопасности в киберпространстве.

Так что, возможно, совсем скоро мы сможем заглянуть в квантовое облако и увидеть будущее, которое раньше казалось фантастикой. И это будущее будет безопасным и конфиденциальным.

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Смотрим на Солнце через фильтр: обзор модели Svbony SV229 диаметром 80-118 мм

Солнечный фильтр представляет собой специальную пленку с оптической плотностью 5, т. е. ослабляющая интенсивность проходящего света — 10⁵ раз (100000 раз). Пленку можно купить отдельно и...

Причины автоматической перезагрузки смартфонов на Android и как их исправить

Постоянные и неожиданные перезагрузки планшета или мобильного устройства на базе Android могут вызвать значительное неудобство, особенно когда устройство необходимо для важных задач. Самым быстрым...

Что такое режим Fastboot на андроид. Как его включить и выключить

Современные устройства имеют встроенный режим восстановления, который предназначен для восстановления данных пользователя и системы в случае серьезных сбоев операционной системы. На устройствах,...

TIN HiFi P1 MAX 2- обзор внутриканальных планаров с отличным звучанием

P1 MAX 2 является продолжением линейки планарных наушников P1 от известного производителя наушников TIN HiFi. В народе их просто называют пандами. Это мое первое знакомство с планарами в этом...

Удивительная наука: Что гидра может рассказать о происхождении аппетита?

Гидра — крошечный пресноводный хищник, больше похожий на фрагмент водоросли, чем на сложное животное. Однако, это удивительное создание таит в себе секреты эволюции нервной системы,...

Моа: Возвращение из небытия. Секвенирован геном вымершей птицы

В далеком прошлом, когда по земле бродили динозавры, а мир был совсем другим, на островах Новой Зеландии обитали удивительные птицы — моа. Эти величественные существа, не умеющие летать,...