讓量子計算走近大眾：潘建偉、陸朝陽團隊證實盲量子計算的可行性

編者按：量子計算技術的突飛猛進不斷證明著計算機技術的革命在即，然而技術上的成熟只是一個方面，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。

於是就有了這麼一個我們很熟悉的折中方案——雲計算，即客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，所有信息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)」是一種遠程的量子計算模式，用戶(clients)可以將自己的計算任務外包給量子計算服務商(quantum servers)，用服務商的量子設備進行計算。「盲」意味著量子服務商無法獲得計算任務的全部信息，從而保證了計算的安全性。過去人們認為，要進行這種遠程的盲量子計算，用戶必須也要擁有量子設備才能委託計算任務給量子服務商。最近，來自中國的科學家們發現，即使是只擁有經典計算機，沒有任何量子設備的普通用戶也可以將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、陸朝陽領導的研究小組完成的，發表在近期的《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。

「我們首次證實了，一個完全的經典客戶可以委託自己的量子計算任務給一個不可信的量子服務商，同時可以保證隱私不會被竊取。」陸朝陽說。

盲量子計算最初的設想是這樣的：雖然相比於經典計算機，量子計算機有著指數級別的計算優勢，但是在未來的很長一段時間內，由於量子計算機高昂的研發成本，複雜的硬體，只有少數機構能擁有量子計算機。所以，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，而且能保證信息的安全，不用擔心被竊取。

雖然近些年很多種盲量子計算協議被設計出來，但是所有的這些協議都有著一個相同的弊端：需要客戶有能力去執行一些特定的量子任務，比如說製備或者測量一個量子比特(qubit)的量子態。但是大多數只擁有經典設備的用戶是無法執行這些量子任務的，排除掉這個弊端對於大多數用戶無疑是一個非常好的消息。

在這個最新的研究中，物理學家們通過實驗證實，一個只擁有經典設備的客戶可以外包一個簡單的任務(比如說因式分解數字15)給兩個並不完全知道這個任務的量子服務商。由於每個服務商只解決了部分的這個問題，並且物理的隔絕了兩個服務商進行通訊的可能性，所以這個方案是安全的。並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確性。

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

「盲量子計算協議是一種很重要的隱私保護技術，對於未來的量子云安全計算，量子安全網路有著十分重要的意義，」陸朝陽解釋道，「使用我們這種盲量子計算協議，經典客戶可以在不擁有量子設備的情況下，安全、精確地將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約束條件，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，約束條件更少，更加具有魯棒性的盲量子計算，」陸朝陽說，「我們還將探索更多的盲量子計算的應用情景，比如說多用戶盲量子計算，可公開驗證量子計算和多方安全量子計算。」

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