Ecco lo scenario:hai dati sensibili e un problema che solo un computer quantistico può risolvere. Tu stesso non hai dispositivi quantistici. Potresti guadagnare tempo su un computer quantistico, ma non vuoi svelare i tuoi segreti. Cosa sai fare?

Scrivendo in Revisione fisica X l'11 luglio, ricercatori a Singapore e in Australia propongono un modo per utilizzare un computer quantistico in modo sicuro, anche su internet. La tecnica potrebbe nascondere sia i tuoi dati che il tuo programma dal computer stesso. Il loro lavoro contrasta con i precedenti accenni che una tale impresa è impossibile.

Lo scenario non è inverosimile. I computer quantistici promettono nuove strade per risolvere i problemi di crittografia, modellazione e apprendimento automatico, entusiasmante governo e industria. Tali problemi possono riguardare dati riservati o essere commercialmente sensibili.

I giganti della tecnologia stanno già investendo nella costruzione di tali computer e nel renderli disponibili agli utenti. Per esempio, IBM ha annunciato il 17 maggio di quest'anno che sta rendendo un computer quantistico con 16 bit quantistici accessibile al pubblico gratuitamente sul cloud, così come un prototipo di processore commerciale da 17 qubit.

Diciassette qubit non sono sufficienti per superare gli attuali supercomputer del mondo, ma man mano che i computer quantistici guadagnano qubit, ci si aspetta che superino le capacità di qualsiasi macchina che abbiamo oggi. Questo dovrebbe stimolare la domanda di accesso.

"Stiamo esaminando cosa è possibile se sei qualcuno che interagisce semplicemente con un computer quantistico su Internet dal tuo laptop. Scopriamo che è possibile nascondere alcuni calcoli interessanti, "dice Joseph Fitzsimons, un Principal Investigator presso il Center for Quantum Technologies (CQT) presso la National University of Singapore e Professore Associato presso la Singapore University of Technology and Design (SUTD), che ha condotto i lavori.

I computer quantistici funzionano elaborando bit di informazioni archiviate in stati quantistici. A differenza dei bit binari trovati nel nostro normale (cioè, computer classici), ciascuno uno 0 o 1, i qubit possono essere in sovrapposizioni di 0 e 1. I qubit possono anche essere entangled, che si crede sia cruciale per la potenza di un computer quantistico.

Lo schema progettato da Fitzsimons e dai suoi colleghi porta la segretezza a una forma di calcolo quantistico guidata dalle misurazioni.

In questo schema, il computer quantistico viene preparato mettendo tutti i suoi qubit in uno speciale tipo di stato entangled. Quindi il calcolo viene effettuato misurando i qubit uno per uno. L'utente fornisce istruzioni passo passo per ogni misurazione:i passaggi codificano sia i dati di input che il programma.

I ricercatori hanno dimostrato in precedenza che gli utenti in grado di creare o misurare qubit per trasmettere istruzioni al computer quantistico potrebbero mascherare i loro calcoli. Il nuovo documento estende tale potere agli utenti che possono inviare solo bit classici, ovvero la maggior parte di noi, per adesso.

Ciò è sorprendente perché alcuni teoremi dell'informatica implicano che il calcolo quantistico crittografato è impossibile quando è disponibile solo la comunicazione classica.

La speranza per la sicurezza deriva dal computer quantistico che non sa quali passaggi della sequenza di misurazione fanno cosa. Il computer quantistico non può dire quali qubit sono stati usati per gli input, quale per le operazioni e quale per le uscite.

"È estremamente eccitante. Puoi utilizzare questa caratteristica unica del modello di calcolo quantistico basato sulla misurazione, il modo in cui le informazioni fluiscono attraverso lo stato, come strumento crittografico per nascondere le informazioni dal server, " afferma il membro del team Tommaso Demarie di CQT e SUTD.

Sebbene il proprietario del computer quantistico possa provare a decodificare la sequenza delle misurazioni eseguite, l'ambiguità sul ruolo di ogni passaggio porta a molte possibili interpretazioni di ciò che è stato fatto il calcolo. Il vero calcolo è nascosto tra i tanti, come un ago in un pagliaio.

L'insieme delle interpretazioni cresce rapidamente con il numero di qubit. "L'insieme di tutti i possibili calcoli è esponenzialmente grande - questa è una delle cose che dimostriamo nell'articolo - e quindi la possibilità di indovinare il vero calcolo è esponenzialmente piccola, " dice Fitzsimons. Rimane una domanda:i calcoli significativi potrebbero essere così rari tra tutti quelli possibili che l'ipotesi diventa più facile? Questo è ciò che i ricercatori devono verificare in seguito.

Nicolas Menicucci al Center for Quantum Computation and Communication Technology della RMIT University di Melbourne, Australia, e Atul Mantri alla SUTD, sono coautori dell'opera.

"I computer quantistici sono diventati famosi negli anni '90 con la scoperta che potevano infrangere alcuni schemi classici di crittografia, ma forse il calcolo quantistico sarà invece noto per aver reso sicuro il futuro del cloud computing, "dice Mantri.