Las empresas de tecnología están compitiendo para fabricar computadoras cuánticas comerciales. Un nuevo plan de investigadores de Singapur y Japón podría ayudar a los clientes a confiar en la compra de tiempo en esas máquinas y proteger a las empresas de clientes deshonestos.

Las computadoras cuánticas tienen el potencial de resolver problemas que están más allá del alcance de las supercomputadoras más grandes de la actualidad. en áreas como el modelado y la optimización de fármacos.

"Nuestro enfoque ofrece una forma de generar una prueba de que un cálculo fue correcto, después de que se haya completado, "explica Joseph Fitzsimons, investigador principal en el Centro de Tecnologías Cuánticas de Singapur y profesor asistente en la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur. Fitzsimons realizó el trabajo con el colega Michal Hajdusek y el colaborador Tomoyuki Morimae, que está en la Universidad de Kyoto en Japón. Sus propuestas se publican en Cartas de revisión física .

Las computadoras cuánticas de hoy son voluminosas, máquinas especializadas que requieren un cuidadoso mantenimiento, lo que significa que es más probable que las personas accedan a máquinas propiedad de un tercero y operadas por este, que a tener las suyas propias, como una versión cuántica de un servicio en la nube. Los clientes que envíen datos y programas a una computadora cuántica querrán verificar que sus instrucciones se hayan llevado a cabo según lo previsto. Este problema de verificación se ha abordado antes, pero las soluciones anteriores requerían que el cliente interactuara con la computadora cuántica mientras ejecutaba el cálculo.

Ese tipo de comunicación de ida y vuelta no es necesaria en el nuevo esquema. "Si recibe un resultado que parece sospechoso, puede optar por verificar el resultado, esencialmente retrospectivamente, "dice Fitzsimons. La verificación protege contra una computadora cuántica que no funciona correctamente debido a una falla accidental o incluso una manipulación maliciosa.

La mejora proviene de cómo se verifica el cálculo. "El enfoque es completamente diferente. Intentamos producir un estado que pueda usarse como testigo de la exactitud del cálculo. Los enfoques anteriores tenían algún tipo de trampa incorporada en el cálculo que se revisa a medida que avanza, "explica Fitzsimons.

El estado testigo registra cada paso del cálculo. Esto significa que debe tener tantos bits como pasos tenga el cálculo. Por ejemplo, si un cálculo tiene 1000 pasos, en 100 qubits, el testigo tendría que tener 1100 qubits de largo.

El equipo de investigación presenta dos esquemas de verificación post-hoc, basado en diferentes formas de probar el estado de testigo. El primero requiere que el cliente pueda enviar y medir bits cuánticos. En la práctica, esto significa que necesitarían algún hardware especializado y una línea para enviar estos qubits al propietario de la computadora cuántica. Luego, el cliente mide directamente al testigo.

En el segundo esquema, el cliente puede estar sin herramientas cuánticas (la comunicación a través de Internet normal sería suficiente) pero la computadora cuántica que realiza el cálculo debe estar conectada en red con otras cinco computadoras cuánticas que ayuden a verificar el estado del testigo, desempeñando un papel como probadores.

"Será difícil hacer un experimento para demostrar la verificación post-hoc, pero quizás no imposible ", dice Fitzsimons. Un desafío es el tamaño de las computadoras cuánticas disponibles en la actualidad:las más grandes tienen alrededor de 50 qubits. Otra es que las configuraciones en red requeridas para los esquemas de prueba no existen, al menos no todavía.

Los investigadores concluyen su artículo señalando una ventaja interesante del esquema de verificación post-hoc:no es solo el cliente quien puede verificar que un cálculo se realizó correctamente. El esquema permite la verificabilidad pública. El testigo podría ser verificado por un tercero de confianza, como un tribunal. Esto podría proteger a la empresa si, decir, un cliente afirmó que el cálculo no se realizó correctamente para evitar pagar el servicio.