Un gran avance puede presagiar una computación cuántica doméstica segura

Los científicos de la Universidad de Física de Oxford han logrado un gran avance en el desarrollo de la seguridad cuántica que algún día podría allanar el camino para que las personas liberen el verdadero poder de la computación cuántica de manera segura, incluso, potencialmente, en el hogar.

El llamado enfoque de computación cuántica ciega fue desarrollado y probado en el Reino Unido por un equipo dirigido por Peter Drmota, asistente de investigación postdoctoral en Física de la Universidad de Oxford, utilizando un procesador cuántico de iones atrapados.

La captura de iones (en la que partículas atómicas cargadas o iones se confinan utilizando campos electromagnéticos) es uno de varios enfoques propuestos para la computación cuántica a gran escala, y Drmota se encuentra entre varios científicos que creen que la captura de iones es el medio potencial más prometedor para lograrlo. “haciendo” computación cuántica.

En declaraciones a Computer Weekly antes de la publicación de los resultados del equipo esta semana, dijo que gracias a los experimentos realizados en Oxford, el concepto puede estar empezando a tomar ventaja en el campo.

“Somos los primeros en combinar la computación cuántica con la criptografía cuántica de forma escalable”, dijo Drmota, quien describe la computación cuántica como algo tan alejado de la computación clásica como la computación clásica lo está de un ábaco.

Ya se sabe que el potencial comercial es inmenso, y se espera que la computación cuántica tenga aplicaciones en campos que ayudarán a la humanidad a resolver algunos de los mayores desafíos de los próximos 100 años, desde el descubrimiento de fármacos hasta la lucha contra nuevos virus y el desarrollo de mitigaciones para el colapso climático. .

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“Pero para liberar el potencial, debemos asegurarnos de que los datos que las personas o las empresas quieren procesar estén seguros, y aquí es donde entra en juego la computación cuántica ciega, ya que oculta no solo los datos, sino también el algoritmo que se utiliza para procesar los datos del servidor y de cualquier espía en el camino”, explicó Drmota.

Pocas teorías científicas han sido probadas con mayor grado de precisión científica que la mecánica cuántica, y el enfoque ciego se basa en el hecho establecido de que los objetos cuánticos no pueden copiarse ni observarse sin cambiar su estado.

Lo que eso significa es que si el objeto cuántico codifica los datos, nadie podrá copiarlos o leerlos sin corromperlos, y cualquier interferencia podrá notarse; de ​​hecho, cualquier interferencia destruirá los datos.

“Eso protege fundamentalmente tanto los datos como el cálculo”, dijo Drmota. “Por eso se llama computación cuántica ciega, porque la computadora cuántica no ve los datos que procesa.

“Nadie podrá espiar los datos porque efectivamente les parecen aleatorios. Parece aleatorio para cualquiera excepto para el cliente. Ésta es la belleza del enfoque. Y la aleatoriedad aquí se debe a que utilizamos el cifrado más avanzado: el bloc de un solo uso, que es la forma más segura de realizar el cifrado. El cliente puede utilizar este esquema de cifrado para una seguridad perfecta”.

En los experimentos, Drmota y su equipo crearon un sistema que comprendía un enlace de red de fibra ordinaria que conectaba un servidor de computación cuántica y un dispositivo simple configurado para detectar partículas de luz, o fotones, en una computadora cliente independiente que accedía remotamente al servidor, a través de la nube, esencialmente. Utilizando una combinación única de memoria cuántica y fotones, pudieron probar con éxito el enfoque realizando de forma remota una serie de cálculos utilizando los datos de muestra en el servidor, sin que el servidor viera ninguno de los datos en ningún momento.

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“Utilizando la computación cuántica ciega, los clientes pueden acceder a computadoras cuánticas remotas para procesar datos confidenciales con algoritmos secretos, e incluso verificar que los resultados sean correctos, sin revelar ninguna información útil”, dijo Drmota.

La verificación de los resultados del procesamiento de datos es un aspecto de la computación cuántica ciega que Drmota considera especialmente interesante.

“Si tenemos una computadora cuántica realmente poderosa y estamos resolviendo un problema que de otra manera no podríamos resolver, ¿cómo vamos a comprobar que la solución es correcta, porque no tenemos otros medios para resolver el problema? Aquí viene al rescate el aspecto ciego de la computación cuántica, porque ahora podemos probar la computadora cuántica sin que la computadora cuántica lo sepa”, explicó.

Al alternar el cálculo real con pruebas que la computadora cuántica no puede distinguir con suficiente frecuencia, el procesador de datos puede aumentar su confianza en que los cálculos sean correctos, además de seguros.

“Hacer realidad este concepto es un gran paso adelante tanto en la computación cuántica como en mantener nuestra información segura en línea”, añadió.

Es la relativa simplicidad del método de computación cuántica ciega lo que parece ser muy prometedor para el futuro. El enfoque iniciado en Oxford parece ser escalable, y los investigadores anticipan que futuras realizaciones podrían abarcar redes de servidores cuánticos alojados en la nube y clientes distribuidos, con fotones enrutados mediante conmutadores ópticos.

Los servidores cuánticos serán, por supuesto, tan complejos como sea necesario, pero todo lo demás está hoy en las estanterías: los ordenadores cliente son ordenadores clásicos y corrientes; los detectores de fotones son relativamente baratos; y las redes de fibra están en todas partes.

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En resumen, dijo el equipo, la investigación allana el camino para la delegación segura de cálculos cuánticos confidenciales desde un cliente con recursos mínimos a un servidor cuántico totalmente capaz pero que no es de confianza, llevando el poder de la computación cuántica de forma segura a un punto final ordinario. La era de la computación cuántica y la era de la fuerza laboral híbrida podrían estar a punto de chocar.

La investigación contó con financiación del Centro de Simulación y Computación Cuántica (QCS) del Reino Unido y científicos del Centro Nacional de Computación Cuántica, la Universidad París-Sorbona, la Universidad de Edimburgo y la Universidad de Maryland en Estados Unidos. El estudio completo se publica en la revista. Cartas de revisión física.

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