讓量子計算走近大衆：潘建偉、陸朝陽團隊證明盲量子計算的可行性

量子計算技術的突飛猛進不斷證明着計算機技術的革命在即，然而技術上的成熟隻是一個方面，維持量子比特的嚴苛環境決定了量子計算機可能沒有機會像當年的PC（個人電腦）一樣真正走入千家萬戶。

于是就有了這麼一個我們很熟悉的折中方案——雲計算，即用戶端仍然使用傳統計算機，大量的量子計算則被留在了雲端。那麼問題又來了，所有資訊的安全性該如何保證呢？目前最好的解決方案就是——盲量子計算。

“盲量子計算(blind quantum computing)”是一種遠端的量子計算模式，使用者(clients)可以将自己的計算任務外包給量子計算服務商(quantum servers)，用服務商的量子裝置進行計算。“盲”意味着量子服務商無法獲得計算任務的全部資訊，進而保證了計算的安全性。過去人們認為，要進行這種遠端的盲量子計算，使用者必須也要擁有量子裝置才能委托計算任務給量子服務商。最近，來自中國的科學家們發現，即使是隻擁有經典計算機，沒有任何量子裝置的普通使用者也可以将自己的計算任務外包給量子服務商，來執行盲量子計算。

這一發現是由中國科學技術大學的潘建偉、陸朝陽上司的研究小組完成的，發表在近期的《實體評論快報》(Physical Review Letters)上。

“我們首次證明了，一個完全的經典客戶可以委托自己的量子計算任務給一個不可信的量子服務商，同時可以保證隐私不會被竊取。”陸朝陽說。

盲量子計算最初的設想是這樣的：雖然相比于經典計算機，量子計算機有着指數級别的計算優勢，但是在未來的很長一段時間内，由于量子計算機高昂的研發成本，複雜的硬體，隻有少數機構能擁有量子計算機。是以，與其讓所有人都擁有自己的量子計算機，不如通過盲量子計算，外包計算任務給量子服務商，讓服務商代執行計算，而且能保證資訊的安全，不用擔心被竊取。

雖然近些年很多種盲量子計算協定被設計出來，但是所有的這些協定都有着一個相同的弊端：需要客戶有能力去執行一些特定的量子任務，比如說制備或者測量一個量子比特(qubit)的量子态。但是大多數隻擁有經典裝置的使用者是無法執行這些量子任務的，排除掉這個弊端對于大多數使用者無疑是一個非常好的消息。

在這個最新的研究中，實體學家們通過實驗證明，一個隻擁有經典裝置的客戶可以外包一個簡單的任務(比如說因式分解數字15)給兩個并不完全知道這個任務的量子服務商。由于每個服務商隻解決了部分的這個問題，并且實體的隔絕了兩個服務商進行通訊的可能性，是以這個方案是安全的。并且為了進一步保證這兩個服務商的誠實性，客戶還可以給他們一些虛假任務(dummy tasks)，通過這些虛假任務來驗證服務商的誠實性和正确性。

研究者們希望這種新方法可以被擴大，進而實作安全，可外包的量子計算。在未來的某一天，還可以應用到量子雲(quantum cloud)服務上，讓量子計算可以被大衆廣泛使用。

“盲量子計算協定是一種很重要的隐私保護技術，對于未來的量子雲安全計算，量子安全網絡有着十分重要的意義，”陸朝陽解釋道，“使用我們這種盲量子計算協定，經典客戶可以在不擁有量子裝置的情況下，安全、精确地将計算任務外包給服務商雲端。這不僅節約了資源，而且使得大規模量子計算變得可能。”

未來，科學家們希望可以減少盲量子計算更多的限制條件，使盲量子計算變得更加易用。

“我們計劃未來從理論和實驗上來研究需要資源更少，限制條件更少，更加具有魯棒性的盲量子計算，”陸朝陽說，“我們還将探索更多的盲量子計算的應用情景，比如說多使用者盲量子計算，可公開驗證量子計算和多方安全量子計算。”

原文釋出時間為：2017.05.20

本文作者：DeepTech深科技

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