Las computadoras cuánticas pueden resolver problemas que serían imposibles para las máquinas clásicas, pero esta capacidad viene con una advertencia: si una computadora cuántica te da una respuesta, ¿cómo sabes que es correcta? Esto es particularmente urgente si no se tiene acceso directo a la computadora cuántica (como en la computación en la nube) o no se confía en la persona que la ejecuta. Por supuesto, se podría verificar la solución con su propio procesador cuántico, pero no todo el mundo tiene uno a mano.

Entonces, ¿hay alguna manera de que clásico ¿Computadora para verificar el resultado de un cálculo cuántico? Los investigadores en Austria dicen que la respuesta es sí. Trabajando en la Universidad de Innsbruck, la Academia de Ciencias de Austria y Alpine Quantum Technologies GmbH, el equipo ejecutó experimentalmente un proceso denominado protocolo de Mahadev, que se basa en las llamadas funciones seguras poscuánticas. Estas funciones implican cálculos que son demasiado complejos para que incluso una computadora cuántica pueda descifrarlos, pero con una “trampilla” que permite que una máquina clásica con la clave correcta los resuelva fácilmente. El equipo dice que estos cálculos de trampilla podrían verificar la confiabilidad de un cálculo cuántico utilizando únicamente una máquina clásica.

¿El honesto Bob?

Para entender cómo funciona el protocolo, supongamos que tenemos dos partes. Uno de ellos, tradicionalmente conocido como Alice, tiene la información de la trampilla y quiere comprobar que un cálculo cuántico es correcto. El otro, conocido como Bob, no tiene la información de la trampilla y necesita demostrar que se puede confiar en los cálculos de su computadora cuántica.

Como primer paso, Alice prepara una tarea específica para que Bob la maneje. Bob luego informa el resultado a Alice. Alice podría verificar este resultado ella misma con una computadora cuántica, pero si quiere usar una clásica, necesita darle a Bob más información. Bob utiliza esta información para entrelazar varios de sus bits cuánticos (o qubits) principales con otros adicionales. Si Bob realiza una medición en algunos de los qubits, esto determina el estado de los qubits restantes. Mientras que Bob no conoce el estado de los qubits antes de las mediciones, Alice, gracias a sus cálculos de trampilla, sí lo sabe. Esto significa que Alice puede pedirle a Bob que verifique el estado de los qubits y decida, basándose en su respuesta, si su computadora cuántica es confiable.

Alicia aliviada

El equipo ejecutó este protocolo en un procesador cuántico que utiliza ocho atrapados ⁴⁰Ca⁺ iones como qubits. Las mediciones que hace Bob se relacionan con la energía de los estados cuánticos de los qubits. Para obtener una señal por encima del ruido de fondo, los investigadores ejecutaron el protocolo 2000 veces para cada punto de datos, lo que finalmente demostró que se podía confiar en las respuestas de Bob.

Los investigadores llaman a su demostración una prueba de concepto y reconocen que se necesita más trabajo para que sea práctica. Además, una verificación completa y segura requeriría más de 100 qubits, lo que está fuera del alcance de la mayoría de los procesadores actuales. De acuerdo a barbara kraus, uno de los líderes del equipo y ahora experto en algoritmos cuánticos en la Universidad Técnica de Munich, Alemania, incluso la versión simplificada del protocolo fue un desafío de implementar. Esto se debe a que verificar el resultado de un cálculo cuántico es experimentalmente mucho más exigente que realizar el cálculo, ya que requiere entrelazar más qubits.

No obstante, el protocolo demostrado contiene todos los pasos necesarios para una verificación completa y los investigadores planean desarrollarlo aún más. "Una tarea importante en relación con la verificación de simulaciones y cálculos cuánticos es desarrollar protocolos de verificación prácticos con un alto nivel de seguridad", dice Kraus. Mundo de la física.

Andru Gheorghiu, un experto en computación cuántica de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia, que no participó en la investigación, lo considera un primer paso importante para poder verificar los cálculos cuánticos generales. Sin embargo, señala que actualmente sólo funciona para verificar un cálculo simple de un qubit que podría reproducirse con una computadora portátil normal. Aún así, dice que ofrece información sobre los desafíos de intentar escalar a cálculos más grandes.

La investigación aparece en Ciencia y Tecnología Cuántica.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/can-a-classical-computer-tell-if-a-quantum-computer-is-telling-the-truth/