Este es el escenario:tienes datos confidenciales y un problema que solo una computadora cuántica puede resolver. Tú mismo no tienes dispositivos cuánticos. Podrías ganar tiempo en una computadora cuántica pero no quieres revelar tus secretos. ¿Qué puedes hacer?

Escribiendo en Revisión física X el 11 de julio, investigadores de Singapur y Australia proponen una forma de utilizar una computadora cuántica de forma segura, incluso a través de Internet. La técnica podría ocultar tanto sus datos como su programa de la propia computadora. Su trabajo contrarresta los indicios anteriores de que tal hazaña es imposible.

El escenario no es descabellado. Las computadoras cuánticas prometen nuevas rutas para resolver problemas en criptografía, modelado y aprendizaje automático, emocionante gobierno e industria. Dichos problemas pueden involucrar datos confidenciales o ser comercialmente sensibles.

Los gigantes de la tecnología ya están invirtiendo en la construcción de tales computadoras y en ponerlas a disposición de los usuarios. Por ejemplo, IBM anunció el 17 de mayo de este año que está haciendo que una computadora cuántica con 16 bits cuánticos sea accesible al público de forma gratuita en la nube. así como un prototipo de procesador comercial de 17 qubit.

Diecisiete qubits no son suficientes para superar a las supercomputadoras actuales del mundo, pero a medida que las computadoras cuánticas ganan qubits, se espera que superen las capacidades de cualquier máquina que tengamos hoy. Eso debería impulsar la demanda de acceso.

"Estamos viendo lo que es posible si eres alguien que simplemente interactúa con una computadora cuántica a través de Internet desde tu computadora portátil. Descubrimos que es posible ocultar algunos cálculos interesantes, "dice Joseph Fitzsimons, investigador principal del Centro de Tecnologías Cuánticas (CQT) de la Universidad Nacional de Singapur y profesor asociado de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD), quien dirigió el trabajo.

Las computadoras cuánticas funcionan procesando bits de información almacenados en estados cuánticos. A diferencia de los bits binarios que se encuentran en nuestro sistema regular (es decir, computadoras clásicas, cada uno un 0 o 1, los qubits pueden estar en superposiciones de 0 y 1. Los qubits también pueden estar entrelazados, que se cree que es crucial para el poder de una computadora cuántica.

El esquema diseñado por Fitzsimons y sus colegas aporta secreto a una forma de computación cuántica impulsada por mediciones.

En este esquema, la computadora cuántica se prepara poniendo todos sus qubits en un tipo especial de estado entrelazado. Luego, el cálculo se realiza midiendo los qubits uno por uno. El usuario proporciona instrucciones paso a paso para cada medición:los pasos codifican tanto los datos de entrada como el programa.

Los investigadores han demostrado anteriormente que los usuarios que pueden hacer o medir qubits para transmitir instrucciones a la computadora cuántica podrían disfrazar sus cálculos. El nuevo documento extiende ese poder a los usuarios que solo pueden enviar bits clásicos, es decir, la mayoría de nosotros, por ahora.

Esto es sorprendente porque algunos teoremas de las ciencias de la computación implican que la computación cuántica encriptada es imposible cuando solo está disponible la comunicación clásica.

La esperanza de seguridad proviene de la computadora cuántica sin saber qué pasos de la secuencia de medición hacen qué. La computadora cuántica no puede decir qué qubits se usaron para las entradas, cuál para operaciones y cuál para salidas.

"Es extremadamente emocionante. Puede usar esta característica única del modelo de computación cuántica basado en mediciones, la forma en que la información fluye a través del estado, como una herramienta criptográfica para ocultar información del servidor, "dice el miembro del equipo Tommaso Demarie de CQT y SUTD.

Aunque el propietario de la computadora cuántica podría intentar aplicar ingeniería inversa a la secuencia de mediciones realizadas, La ambigüedad sobre el papel de cada paso conduce a muchas posibles interpretaciones de lo que se hizo el cálculo. El verdadero cálculo se esconde entre los muchos, como una aguja en un pajar.

El conjunto de interpretaciones crece rápidamente con el número de qubits. "El conjunto de todos los cálculos posibles es exponencialmente grande (esa es una de las cosas que probamos en el artículo) y, por lo tanto, la posibilidad de adivinar el cálculo real es exponencialmente pequeña, ", dice Fitzsimons. Queda una pregunta:¿podrían ser tan raros los cálculos significativos entre todos los posibles que sea más fácil adivinar? Eso es lo que los investigadores deben verificar a continuación.

Nicolas Menicucci en el Centro de Computación Cuántica y Tecnología de la Comunicación de la Universidad RMIT en Melbourne, Australia, y Atul Mantri en SUTD, son coautores del trabajo.

"Las computadoras cuánticas se hicieron famosas en los años 90 con el descubrimiento de que podían romper algunos esquemas de criptografía clásicos, pero tal vez la computación cuántica sea conocida por hacer seguro el futuro de la computación en la nube. "dice Mantri.