クラウドベースの量子コンピューティングにより、暗号化されたビットの安全な計算が可能になる

量子コンピューターが最終的に大規模になると、おそらく非常に貴重なリソースのままとなり、従来のスーパーコンピューターと同様に研究機関に閉じ込められることになるでしょう。そのため、量子計算を実行したい人は、おそらくクラウドで実行し、どこか別の場所にある量子サーバーにリモートアクセスする必要があります。新しい二重盲検暗号化方式により、これらの計算が秘密に保たれることが保証されます。これは、量子力学の不確実で異常な性質を二重の利点として利用します。

あなたが開発者で、量子コンピュータで実行したいコードがあると想像してください。そして、あなたのコードを実行できると言う量子コンピュータメーカーがいると想像してください。しかし、お互いを信頼することはできません。開発者であるあなたは、コンピュータメーカーにあなたの素晴らしいコードを盗用されたくありませんし、コンピュータメーカーは、あなたにその画期的なマシンを覗き見させたくありません。この新しいシステムは、あなたと開発者の両方を満足させることができます。

ウィーン大学量子科学技術センターのステファニー・バーツ氏とその同僚は、ブラインドコンピューティング技術の実験的デモンストレーションを準備し、2つのよく知られた量子コンピューティングアルゴリズムでテストしました。

仕組みは次のようになります。開発者であるあなたが量子ビットをいくつか用意します。この場合、極性 (垂直または水平) は開発者だけが知っている光子です。次に、これをリモートの量子サーバーに送信します。コンピューターは量子エンタングルメント ゲートを使用して、量子ビットをさらに多くの量子ビットとエンタングルメントします。ただし、コンピューターはエンタングルメント状態の性質は知りません。エンタングルメント状態が実際にエンタングルメントされていることだけを知ります。サーバーはエンタングルメント状態を「認識」できず、サーバーにアクセスする人もすべて認識できません。

コンピューターが量子ビットを盗み見てそのエンタングルメントを調べ、それが運んでいる情報を抽出するために使われると想像してください。量子力学の法則により、それがわかるでしょう。猫は、あなたが死んでいるか生きているかを確認するまでは、死んでいるとも生きているとも言えます。そして、確認すると、どちらか一方になります。光子が特定の状態にある場合、それがスパイされたとわかるでしょう。

エンタングルされたビットの話に戻ります。実際の情報処理は、量子ビットの一連の測定によって行われます。これらの測定は、各量子ビットの特定の状態 (これもあなただけが知っています) に基づいて、あなたによって指示されます。量子サーバーは測定を実行し、結果をあなたに報告します。これは、測定ベースの量子計算と呼ばれます。その後、量子ビットの初期状態に関する知識に基づいて、結果を解釈できます。コンピューター (または任意のインターセプター) にとって、すべてが完全にランダムに見えます。

測定が行われた量子もつれ状態がわかっているので、サーバーが本当に量子コンピューターであるかどうかを確かめることができる。そして、アルゴリズム、入力、出力さえも公開する必要はない。完全に安全だと、研究者たちは本日Science 誌にオンラインで発表された論文に書いている。

ブラインド量子計算は、素数の逆因数分解などの手法に依存する従来のブラインド計算よりも安全であると、この発見を説明するPerspective記事を執筆したオックスフォード大学の研究者、ヴラトコ・ヴェドラル氏は述べた。

「二重盲目性は、古典物理学のように計算タスクの想定される困難さではなく、量子物理学の法則によって保証されている」とヴェドラルは書いている。

ウィーンチームは、彼らのシミュレーションは将来のクラウドベースの量子コンピューティングネットワークにとって潜在的に有用な技術であると主張している。

「私たちの実験は、クライアントの計算全体が隠されたままのクライアントサーバー環境における無条件に安全な量子コンピューティングへの一歩であり、これは古典的な世界では実現可能とは知られていない機能です」と彼らは書いている。