Le aziende tecnologiche stanno correndo per realizzare computer quantistici commerciali. Un nuovo schema di ricercatori a Singapore e in Giappone potrebbe aiutare i clienti a stabilire la fiducia nell'acquisto di tempo su tali macchine e proteggere le aziende dai clienti disonesti.

I computer quantistici hanno il potenziale per risolvere problemi che sono oltre la portata anche dei più grandi supercomputer di oggi, in aree quali la modellazione e l'ottimizzazione dei farmaci.

"Il nostro approccio fornisce un modo per generare una prova che un calcolo era corretto, dopo che è stato completato, " spiega Joseph Fitzsimons, ricercatore principale presso il Centre for Quantum Technologies di Singapore e Assistant Professor presso la Singapore University of Technology and Design. Fitzsimons ha svolto il lavoro con il collega Michal Hajdusek e il collaboratore Tomoyuki Morimae, che è all'Università di Kyoto in Giappone. Le loro proposte sono pubblicate in Lettere di revisione fisica .

I computer quantistici oggi sono ingombranti, macchine specializzate che richiedono un'attenta manutenzione, il che significa che è più probabile che le persone accedano a macchine possedute e gestite da una terza parte piuttosto che avere le proprie, come una versione quantistica di un servizio cloud. I clienti che inviano dati e programmi a un computer quantistico vorranno verificare che le loro istruzioni siano state eseguite come previsto. Questo problema di verifica è stato affrontato in precedenza, ma le soluzioni precedenti richiedevano al cliente di interagire con il computer quantistico mentre eseguiva il calcolo.

Quel tipo di comunicazione avanti e indietro non è necessaria nel nuovo schema. "Se ricevi un risultato che sembra sospetto, puoi scegliere di verificare il risultato, essenzialmente retroattivamente, " afferma Fitzsimons. La verifica protegge da un computer quantistico che non funziona correttamente a causa di un guasto accidentale o addirittura di una manomissione dolosa.

Il miglioramento deriva da come viene verificato il calcolo. "L'approccio è completamente diverso. Cerchiamo di produrre uno stato che possa essere utilizzato come testimone della correttezza del calcolo. Gli approcci precedenti avevano una sorta di trappola incorporata nel calcolo che viene controllato man mano che si procede, " spiega Fitzsimons.

Lo stato testimone registra ogni passaggio del calcolo. Ciò significa che deve avere tanti bit quanti sono i passaggi del calcolo. Per esempio, se un calcolo ha 1000 passi, su 100 qubit, il testimone dovrebbe essere lungo 1100 qubit.

Il team di ricerca presenta due schemi di verifica post-hoc, sulla base di diversi modi di testare lo stato del testimone. Il primo richiede che il cliente sia in grado di inviare e misurare bit quantistici. In pratica, ciò significa che avrebbero bisogno di hardware specializzato e una linea per inviare questi qubit al proprietario del computer quantistico. Il cliente quindi misura direttamente il testimone.

Nel secondo schema, il cliente può essere senza strumenti quantistici - la comunicazione su Internet normale andrebbe bene - ma il computer quantistico che esegue il calcolo deve essere collegato in rete con altri cinque computer quantistici che aiutano a controllare lo stato del testimone, svolgendo un ruolo di prover.

"Sarà difficile fare un esperimento per dimostrare la verifica post-hoc, ma forse non impossibile", dice Fitzsimons. Una sfida è la dimensione dei computer quantistici oggi disponibili:i più grandi sono circa 50 qubit. Un altro è che le configurazioni di rete richieste per gli schemi di prover non esistono, almeno non ancora.

I ricercatori concludono il loro articolo sottolineando un interessante vantaggio dello schema di verifica post-hoc:non è solo il cliente che può verificare che un calcolo sia stato eseguito correttamente. Il regime consente la verificabilità pubblica. Il testimone potrebbe essere controllato da una terza parte di fiducia, come un tribunale. Questo potrebbe proteggere l'azienda se, dire, un cliente ha affermato che il calcolo non è stato eseguito correttamente per evitare di pagare il servizio.