Les entreprises technologiques se précipitent pour fabriquer des ordinateurs quantiques commerciaux. Un nouveau programme élaboré par des chercheurs de Singapour et du Japon pourrait aider les clients à gagner de la confiance en achetant du temps sur de telles machines et à protéger les entreprises des clients malhonnêtes.

Les ordinateurs quantiques ont le potentiel de résoudre des problèmes qui sont même hors de portée des plus gros supercalculateurs d'aujourd'hui, dans des domaines tels que la modélisation et l'optimisation des médicaments.

"Notre approche permet de générer une preuve qu'un calcul était correct, après son achèvement, " explique Joseph Fitzsimons, chercheur principal au Centre des technologies quantiques de Singapour et professeur adjoint à l'Université de technologie et de design de Singapour. Fitzsimons a effectué le travail avec son collègue Michal Hajdusek et son collaborateur Tomoyuki Morimae, qui est à l'Université de Kyoto au Japon. Leurs propositions sont publiées dans Lettres d'examen physique .

Les ordinateurs quantiques d'aujourd'hui sont encombrants, machines spécialisées qui nécessitent un entretien minutieux, ce qui signifie que les gens sont plus susceptibles d'accéder à des machines détenues et exploitées par un tiers que d'avoir les leurs, comme une version quantique d'un service cloud. Les clients qui envoient des données et des programmes à un ordinateur quantique voudront vérifier que leurs instructions ont été exécutées comme prévu. Ce problème de vérification a déjà été abordé, mais les solutions précédentes obligeaient le client à interagir avec l'ordinateur quantique pendant qu'il exécutait le calcul.

Ce type de communication aller-retour n'est pas nécessaire dans le nouveau schéma. "Si vous obtenez un résultat qui a l'air louche, vous pouvez choisir de vérifier le résultat, essentiellement rétrospectivement, ", explique Fitzsimons. La vérification protège contre un ordinateur quantique qui ne fonctionne pas correctement en raison d'un défaut accidentel ou même d'une falsification malveillante.

L'amélioration vient de la façon dont le calcul est vérifié. "L'approche est complètement différente. Nous essayons de produire un état qui peut être utilisé comme témoin de l'exactitude du calcul. Les approches précédentes avaient une sorte de piège intégré au calcul qui est vérifié au fur et à mesure, " explique Fitzsimons.

L'état témoin enregistre chaque étape du calcul. Cela signifie qu'il doit avoir autant de bits que le calcul a d'étapes. Par exemple, si un calcul a 1000 pas, sur 100 qubits, le témoin devrait avoir une longueur de 1100 qubits.

L'équipe de recherche présente deux schémas de vérification post-hoc, sur la base de différentes manières de tester l'état du témoin. La première exige que le client soit capable d'envoyer et de mesurer des bits quantiques. En pratique, cela signifie qu'ils auraient besoin de matériel spécialisé et d'une ligne pour envoyer ces qubits au propriétaire de l'ordinateur quantique. Le client mesure alors directement le témoin.

Dans le deuxième schéma, le client peut se passer d'outils quantiques - une communication via Internet classique ferait l'affaire - mais l'ordinateur quantique effectuant le calcul doit être mis en réseau avec cinq autres ordinateurs quantiques qui aident à vérifier l'état du témoin, jouer un rôle de prouveurs.

"Il sera difficile de faire une expérience pour démontrer la vérification post-hoc, mais peut-être pas impossible", dit Fitzsimons. Un défi est la taille des ordinateurs quantiques disponibles aujourd'hui - les plus gros sont d'environ 50 qubits. Une autre est que les configurations en réseau requises pour les schémas de démonstration n'existent pas, du moins pas encore.

Les chercheurs terminent leur article en soulignant un avantage intéressant du système de vérification post-hoc :ce n'est pas seulement le client qui peut vérifier qu'un calcul a été effectué correctement. Le régime permet la vérifiabilité publique. Le témoin pourrait être contrôlé par un tiers de confiance, comme un tribunal. Cela pourrait protéger l'entreprise si, dire, un client a affirmé que le calcul n'avait pas été fait correctement pour éviter de payer pour le service.