1980 년대에 이론적으로 시작된 이래, 양자 컴퓨팅은 정보 기술의 다음 큰 도약으로 선전되었습니다. 양자 입자의 이상한 특성을 악용함으로써, 양자 컴퓨터는 이론적으로 불가능하거나 고전적인 디지털 컴퓨터에서 매우 오랜 시간이 걸리는 작업을 수행 할 수 있습니다.
그러나 최근 양자 컴퓨팅 기술의 발전에도 불구하고 기술에 관한 언어가 여전히 남아있는 질문이 여전히 남아 있습니다. 즉, 양자 컴퓨터에 계산을 수행하도록 요청한다면 실제로 지시 한 일을 실제로 수행했거나 전혀 "Quantum"을 수행했음을 알 수 있습니까?
이 문제는 학문적으로 들릴 수 있지만 양자 컴퓨팅 시스템의 잠재적 인 문제가있는 특징을 지적합니다. 일반 컴퓨터를 불신하면 이론적으로 컴퓨터를 열고 계산의 각 단계를 확인하여 컴퓨터가 실제로 한 내용을 수행했는지 확인할 수 있습니다. 양자 컴퓨터는 그렇지 않습니다. 양자 컴퓨터의 내부 상태는 고전 상태의 중첩으로 구성됩니다. 따라서 양자 컴퓨터의 내부를 관찰하려고하면 중첩이 하나의 확실한 상태로 붕괴됩니다. 다시 말해, 300 개의 큐 비트 양자 컴퓨터를 말하기 위해 후드 아래에서 엿보는 경우 300 클래식 비트 (1과 0)입니다. 본질적으로 양자 컴퓨터는이 "블랙 박스"기능을 가지고 있으므로, 양자 컴퓨터가 실제로 생각하는 작업을 수행하고 있는지 확인해야합니까?
이제 UC Berkley의 대학원생은 양자 컴퓨팅 에서이 오랜 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 최근 논문에서 캘리포니아 버클리의 Univesity의 물리 부서의 대학원생 인 Urmila Mahadev는 완전히 고전적인 관찰자가 양자 컴퓨터가해야 할 일을하고 있음을 확인할 수있는 대화식 프로토콜을 간략하게 설명합니다. 이 프로토콜에는 양자 컴퓨터에서 "비밀 상태"의 구성이 포함됩니다. 그런 다음 양자 컴퓨터는 비밀 상태를 측정 해야하는 상태로 얽습니다. 컴퓨터가 의도 된 상태를 측정하면 측정 상태와 비밀 상태가 하나의 명확한 고전 상태로 붕괴됩니다. 컴퓨터는 비밀 상태의 구성을 알지 못하지만 클래식 검증자는 작동 결과를 확인함으로써 검증자는 양자 컴퓨터가 실제로 요청한 작업을 수행했는지 확인할 수 있습니다. 이 논문은 Preprint Publication Arxiv에서 전체적으로 읽을 수 있습니다.
블랙 박스 및 비밀 상태
본질적으로 양자 컴퓨터는 비밀입니다. 고전적인 컴퓨터는 1 또는 0의 값을 취하는 이진 비트로 정보를 저장합니다. 반면에, 양자 컴퓨터는 큐 비트로 정보를 저장하며,이 값은 1, 0 또는 둘의 중첩을 취할 수 있습니다. 두 개의 중첩 큐빗을 구성한 후, 양자 컴퓨터는이 두 퀘스트를 얽히므로 해당 상태의 측정은 항상 서로 관련이 있습니다. 하나의 큐 비트를 측정하면 얽힌 큐 비트의 중첩이 빠르고 강력한 계산을 허용 할 수있는 명확한 상태로 즉시 붕괴됩니다. 이 디자인은 전염병 문제로 이어집니다. 양자 컴퓨터가 작동하는 동안 양자 컴퓨터를 관찰하려는 시도는 얽힌 큐 비트 중첩을 무너 뜨리므로 컴퓨터가 클래식 컴퓨터처럼 작동하는 것처럼 관찰자에게 나타납니다.
.양자 컴퓨터에 대한 고전적인 검증 체계를 구성 할 수 있는지에 대한 문제는 2004 년 물리학 자 Daniel Gottesman이 처음 제안했습니다. 4 년 안에 과학자들은 양자 컴퓨터가 자신의 소규모 양자 컴퓨터에 액세스 할 수있는 검증 자에게 결과를 증명할 수 있음을 보여줌으로써 부분적인 대답을했습니다. 그러나이 응답은 질문을 한 단계 더 뒤로 밀어 붙이는 것처럼 보입니다. 검증자는 그녀의 양자 컴퓨터가 의도 한대로 작동하는지 확인하는 방법이 필요합니다.
Urmila Mahadev의 작품을 입력하십시오. 현재의 연구는 2016 년에 수행 된 그녀의 작업을 바탕으로 양자 컴퓨터에서 "비밀 상태"를 만들기위한 암호화 방법을 설명합니다. 프로세스에는 비밀 암호화 키가 없으면 수행하기 쉽지만 반전하기 어려운 기능 인 "트랩 도어"기능을 작성하는 것이 포함됩니다. 이 기능은 2 대 1이어야합니다. 각 출력에 해당하는 두 개의 입력이 있습니다. 각 출력에 두 개의 입력이있는 제곱 함수를 생각해보십시오 (-3 및 3은 모두 출력으로 -3 및 3 맵에 9에 맵을 맵핑) 컴퓨터 에이 기능에 가능한 모든 입력 상태의 중첩을 구축하도록 요청하고,이 중첩에서 기능을 수행하여 기능의 가능한 출력으로 구성된 새로운 중첩을 생성합니다.
.그런 다음 컴퓨터는 출력 중첩을 명확한 상태로 붕괴시킨다.이 둘이 얽히기 때문에 입력 상태는 해당 입력의 중첩으로 붕괴됩니다. 따라서 제곱 함수를 사용하고 측정하면 9의 출력이 발생하면 입력 상태가 3과 -3의 중첩으로 무너집니다. 가장 중요한 것은 비밀 키가 있기 때문에 외부 검증자는 입력 상태의 구성을 알고 있지만 컴퓨터는 그렇지 않으며 컴퓨터는 입력 상태를 확인할 수 없으며, 그렇게하면 원래 정보가 파괴되기 때문에 입력 상태를 확인할 수 없습니다. 따라서 입력 상태는 컴퓨터 자체에 대한 "비밀"입니다.
양자 검증자를 구축하는 방법
비밀 상태를 만드는 방법에 대한 지식으로 무장하면 다음과 같이 고전적인 양자 검증기를 구성 할 수 있습니다. 첫째, 이전에 설명 된 방법에 따라 비밀 상태를 구성합니다. Mahadev의 작업은 LEACTION OR ERRORS (LWE)라는 암호화 유형을 사용하여 적절한 트랩 도어 기능을 구성합니다. 비밀 상태를 만든 후, 컴퓨터는 측정해야 할 상태와 상태를 얽매입니다. 그래야만 컴퓨터는 어떤 종류의 측정을 수행 해야하는지 이야기했습니다. 컴퓨터가 의도 된 상태를 측정 할 때, 얽힌 비밀 상태는 이에 따라 붕괴됩니다. 컴퓨터는 비밀 상태의 구성을 알지 못했기 때문에 새로운 비밀 상태의 구성을 알지 못할 것이지만, 검증자는 원래 키와 측정이 수행되었는지에 대한 지식을 모두 가지고 있기 때문에 가능합니다. 결과가 올바른 증거처럼 보이면 검증자는 컴퓨터가 실제로 들었던 것을 확인할 수 있습니다.
기본적으로 Mahadev의 프로토콜은 컴퓨터가 원하는 결과를 얻기 위해 특정 방법으로 행동하도록합니다. 컴퓨터가 실제로 양자 현상을 사용하지 않는 경우 올바른 결과를 얻을 수있는 유일한 방법은 비밀 상태의 구성을 확인하는 것입니다. 그러나 그렇게하면 원래 정보가 파괴 될 때 필연적으로 컴퓨터가 올바른 결과를 제공하지 못하게하는 비밀 상태가 무너질 것입니다. 따라서 컴퓨터가 올바른 결과를 제공하면 양자 현상을 사용하여 그렇게하기 위해, 그렇지 않으면, 우리는 흔적의 흔적을 감지 할 수 있습니다.
.Mahadev의 검증 프로토콜은 비밀 상태를 구성하는 데 사용되는 트랩 도어 기능을 생성하는 데 사용되는 LWE 암호화가 양자 컴퓨터에 의해 갈라질 수 없다는 가정에 따라 다릅니다. 이것은 여전히 열린 이론적 질문이지만 지금까지는 그것을 깨뜨릴 수 있음을 보여주는 증거가 발견되지 않았습니다.
Mahadev의 프로토콜은 여전히 많은 처리 능력이 필요하기 때문에 실제 양자 컴퓨터에서 구현되는 방법입니다. 그러나 양자 컴퓨팅 분야는 지난 10 년간의 성공적인 실질적인 구현으로 수많은 발전이 수많은 발전을 보았습니다. 빠른 속도의 발전을 감안할 때 Mahadev는 향후 10 년 안에 실제 양자 컴퓨터에서 그녀의 작업이 구현 될 것입니다.
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