Когда наконец появятся первые квантовые компьютеры, они будут занимать целые комнаты, охлаждаться до крайних температур и стоить невероятно дорого. А потому у большинства организаций, которые хотели бы воспользоваться уникальными возможностями таких машин, собственного квантового компьютера не будет.
Первое время корпоративные заказчики, скорее всего, будут покупать машинное время таких компьютеров и взаимодействовать с ними удаленно через Интернет. Учитывая конфиденциальный характер данных и программ, с которыми будут работать квантовые компьютеры, трудно не задаваться вопросами безопасности таких вычислений.
До недавнего времени считалось невозможным поддерживать полностью защищенную связь с квантовым компьютером, не имея выделенной квантовой сети передачи данных. Но в докладе, опубликованном в журнале Physical Review X, ученые Мельбурнского королевского технологического университета, Национального университета Сингапура и Сингапурского университета технологий и проектирования объявили о вероятности того, что и «классический» пользователь мог бы скрыть вычисления от квантового сервера.
Работа вслепую
Доклад озаглавлен «Неоднозначность последовательности операций: классический путь к слепым квантовым вычислениям».
Чтобы безопасно выполнять вычисления на удаленном квантовом компьютере, нужно решить две основные проблемы, связанные с безопасностью, отмечают исследователи.
«Проблема приватности состоит в том, что суть вычислений, а также программа и ее входные данные должны оставаться тайной даже для самого сервера, — пишут составители доклада. — Есть также проблема корректности: вредоносный сервер может вмешаться в вычисления пользователя, отправив ему недостоверный результат, поэтому в идеале должна быть возможность распознавания такого поведения».
Для этого необходимы протоколы слепых квантовых вычислений. В предыдущих исследованиях такие протоколы предлагались, но для них требовалось, чтобы как минимум два участника системы обладали квантовыми возможностями.
Устранение этого требования и предоставление возможности «классическому» пользователю взаимодействовать с одиночным квантовым сервером позволило бы существенно повысить практическую применимость удаленных квантовых вычислений, полагают исследователи.
Протокол, предложенный авторами доклада, использует неоднозначность маршрута информации в квантовом компьютере, работающем по принципу измерения. Как объясняют ученые, в случае применения их метода квантовая система не может установить, какие кубиты использовались для ввода, какие для операций, а какие — для вывода, при этом огромное число возможных последовательностей защищает от попыток обратной инженерии.
Полученные результаты «указывают на заманчивую вероятность того, что классический пользователь мог бы скрыть вычисление от квантового сервера», добавляют они.
Защищенное квантовое облако
В ряде ИТ-компаний уже объявили о намерениях дистанционно предоставлять услуги квантовых вычислений.
В IBM с мая прошлого года предоставляют облачный доступ к своему квантовому компьютеру из пяти кубитов исследовательским учреждениям. В корпорации также объявили, что в рамках программы Q в этом году начнут предлагать платный сервис квантовых вычислений и соответствующие консультации.
В мартовской редакционной статье в журнале Nature специалисты лаборатории квантовых вычислений и искусственного интеллекта Google написали, что в компании собираются поддержать исследования, предлагая доступ к квантовым процессорам Google через облачные сервисы. Публикация называлась «Коммерциализация квантовых технологий в пятилетний срок».
В августе ведущий научный сотрудник телекоммуникационного оператора Telstra Хью Брэдлоу сообщил, что в компании рассчитывают когда-нибудь предложить квантовые вычисления в виде сервиса.
Telstra — крупнейший инвестор Центра квантовых вычислений и технологий связи Университета Нового Южного Уэльса. В конце 2015 года в компании объявили, что собираются в течение десяти лет вложить 10 млн долл. в финансирование работы центра.
«Существует целый ряд применений квантового компьютера, ради которых им захотят воспользоваться наши клиенты, — уверен Брэдлоу. — Но им понадобится большая поддержка со стороны оператора — сами они не смогут работать с оборудованием, так как оно очень сложное, ему нужна особая холодильная техника и так далее».
Провайдерам коммерческих сервисов квантовых вычислений придется прилагать не меньше усилий к обеспечению конфиденциальности и безопасности, чем нынешним операторам облачных сервисов. Огромным подспорьем в этом станут протоколы, описанные исследователями.
«Мы не предлагаем полноценное решение, — говорится в докладе, — но полученные результаты свидетельствуют о возможности сделать защищенные квантовые вычисления доступными более широкому кругу людей с использованием существующей телекоммуникационной инфраструктуры».
