奇怪的设备使用“盲量子计算”让你在家中访问量子计算机

量子计算机历来需要大量空间，但新系统将允许家庭用户通过云访问量子计算机。

研究人员开发了一种新的通信范例，可以让他们通过互联网安全地将个人电脑连接到量子计算机。

该技术被称为“盲量子计算”，它使用光纤电缆将量子计算机与光子检测设备连接起来，并使用量子存储器——相当于量子计算机的传统计算存储器。该设备直接连接到PC，然后可以远程对量子计算机进行操作。 4 月 10 日发表在物理评论快报杂志上的一项新研究概述了详细信息。

量子计算机提供了远远超过传统计算机的处理能力的潜力。但它们也非常脆弱，需要冷却到接近绝对零以防止外部干扰量子态。传统计算机可以通过互联网连接到服务器来存储信息并访问处理能力。然而，信息被拦截的风险始终存在。 

一些公司通过云提供量子计算服务，包括 IBM 和亚马逊网络服务 (AWS)，尽管科学家认为这些服务并不是 100% 安全或可扩展的。然而，使用新方法将 PC 连接到量子计算机可以为用户提供一种远程运行计算但保持结构隐藏的方法，同时通过嵌入隐藏测试来验证计算。

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研究中的量子计算机使用了一种称为离子阱的电子设备。利用电势，钙和锶的单电荷离子（量子计算机中的量子位）被陷阱内的电动场捕获，然后冷却以控制原子的电子状态并防止它们逃逸。光子——建立了量子计算机和远程计算机之间的联系——通过一个大物镜聚焦到光纤中，然后传输给用户。 

在盲量子计算中，用户使用光子检测和重新配置设备通过互联网连接到量子计算机，以引导量子计算机的量子位。因此，输入、算法和输出对量子计算机来说实际上是隐藏的。

“由于服务器不知道它正在处理的数据，这意味着我们可以使用我们已经知道结果的算法在量子计算机上运行测试，”该研究的主要作者Peter Drmota，牛津大学博士后研究助理告诉《生活科学》。 “如果我们将此类测试轮次与实际算法交织在一起，我们就可以确信实际计算也会返回有效结果。”

远程计算机和量子计算机在整个计算过程中不断交换信息。因此，由于正在进行的通信，量子存储器存储光子态的时间比以前所需的时间更长。 PC 和量子计算机之间的传输也使用一次性密码本加密（一种高度安全的加密形式）进行加密。 

Drmota 表示：“流量分布在整个计算过程中，但这也带来了挑战，我们是实验中首先要解决的问题。” “由于通信需要时间，因此我们需要将量子存储器存储的时间比以前长得多。在我们的实验中，我们的相干时间（量子位保持活动状态且未损坏的时间）长达 10 秒”。

这也保证了一种高度安全的互联网通信方法。在量子计算中，任何复制或拦截数据的尝试都会被检测到，因为任何观察都会导致量子波函数崩溃并改变亚原子粒子的底层线态。因此，如果服务器试图查看正在发生的情况，那么数据就会被损坏。

科学家们补充说，他们的方法具有高度可扩展性，与之前基于没有量子存储器的光子平台的实验不同，因为该系统的配置可以避免信息丢失。然而，扩展还需要向系统添加额外的量子位并控制错误率。尽管这增加了挑战，但这种改进将在量子计算机端进行，不需要远程用户进行任何更改。

盲量子计算可能会商业化。实现与量子计算机的安全连接所需的只是插入计算机的光子偏振测量设备，以及高保真光子链路（例如光纤电缆）。