Des scientifiques ont réalisé une percée dans le domaine de l'informatique quantique en cloud. Grâce à l'informatique quantique aveugle, les clients peuvent accéder à des ordinateurs quantiques distants pour traiter des données confidentielles à l'aide d'algorithmes secrets.L'informatique quantique est le sous-domaine de l'informatique qui traite des calculateurs quantiques et des modèles de calcul associés. La notion s'oppose à celle d'informatique dite « classique » n'exploitant que des phénomènes décrits par la physique classique, notamment l'électricité (exemple du transistor) ou la mécanique classique (exemple historique de la machine analytique). En effet, l'informatique quantique utilise également des phénomènes décrits par la mécanique quantique, comme l'intrication quantique ou la superposition quantique. Les opérations ne sont plus basées sur la manipulation de bits dans un état 1 ou 0, mais de qubits en superposition d'états 1 et 0.
Des scientifiques de l'Université de physique d'Oxford ont réalisé une percée dans le domaine de l'informatique quantique en nuage qui pourrait permettre à des millions de personnes et d'entreprises de l'exploiter. Dans cette nouvelle étude, les chercheurs utilisent une approche appelée "informatique quantique aveugle", qui connecte deux entités informatiques quantiques totalement séparées - potentiellement un individu à la maison ou dans un bureau accédant à un serveur en nuage - d'une manière totalement sécurisée.
Il est important de noter que leurs nouvelles méthodes pourraient être mises à l'échelle pour des calculs quantiques de grande envergure. "Grâce à l'informatique quantique aveugle, les clients peuvent accéder à des ordinateurs quantiques distants pour traiter des données confidentielles à l'aide d'algorithmes secrets et même vérifier que les résultats sont corrects, sans révéler aucune information utile. La réalisation de ce concept est un grand pas en avant, tant pour l'informatique quantique que pour la sécurité de nos informations en ligne", a déclaré le Dr Peter Drmota, directeur de l'étude, de l'Université de physique d'Oxford.
Les chercheurs ont créé un système comprenant une liaison réseau par fibre optique entre un serveur d'informatique quantique et un simple dispositif détectant les photons, ou particules de lumière, sur un ordinateur indépendant accédant à distance à ses services en nuage. Ce système permet un calcul quantique aveugle sur un réseau. Chaque calcul entraîne une correction qui doit être appliquée à tous les calculs suivants et nécessite des informations en temps réel pour se conformer à l'algorithme. Les chercheurs ont utilisé une combinaison unique de mémoire quantique et de photons pour y parvenir. Ces résultats pourraient déboucher sur le développement commercial de dispositifs à brancher sur les ordinateurs portables, afin de protéger les données lorsque les utilisateurs ont recours à des services d'informatique quantique en nuage.
"Nous avons montré pour la première fois qu'il est possible d'accéder à l'informatique quantique dans le nuage d'une manière évolutive et pratique, qui offrira aux utilisateurs une sécurité et une confidentialité totales des données, ainsi que la possibilité de vérifier leur authenticité", a déclaré le professeur David Lucas, qui codirige l'équipe de recherche de l'université de physique d'Oxford et est le scientifique principal du UK Quantum Computing and Simulation Hub, dirigé par l'université de physique d'Oxford.
Informatique quantique aveugle
Les ordinateurs quantiques sont sur le point de surpasser les superordinateurs les plus puissants du monde, avec des applications allant de la découverte de médicaments à la cybersécurité. Ces ordinateurs exploitent des phénomènes quantiques tels que l'intrication et la superposition pour effectuer des calculs que l'on pense impossibles à réaliser avec des ordinateurs classiques.
Comme les processeurs quantiques contrôlent des états quantiques délicats, ils sont nécessairement complexes et l'accès physique aux systèmes de haute performance est limité. Les approches basées sur l'informatique en nuage, où les utilisateurs peuvent accéder à distance à des serveurs quantiques, sont susceptibles d'être le modèle de travail à court terme et au-delà ; de nombreux utilisateurs effectuent déjà des calculs sur des appareils disponibles dans le commerce pour des recherches de pointe.
Toutefois, la délégation des calculs quantiques à un serveur pose les mêmes problèmes de confidentialité et de sécurité que l'informatique en nuage classique. Les utilisateurs sont actuellement incapables de cacher leur travail au serveur ou de vérifier indépendamment leurs résultats dans le régime où les simulations classiques deviennent irréalisables. Les informations quantiques ne pouvant être copiées et les mesures modifiant irréversiblement l'état quantique, les informations stockées dans ces systèmes peuvent être protégées par la sécurité de la théorie de l'information, et un fonctionnement incorrect du serveur ou des tentatives d'attaque peuvent être détectés - une possibilité surprenante qui n'a pas d'équivalent dans l'informatique classique.
Modèle de l'Informatique quantique aveugle
L'informatique quantique aveugle (BQC) nécessite non seulement un ordinateur quantique universel comme serveur, mais aussi un lien quantique le reliant au client. Les photons sont un choix naturel pour fournir ce lien, et les premières démonstrations de BQC ont d'ailleurs été réalisées dans des systèmes purement photoniques. Toutefois, la perte inévitable de photons, due à l'efficacité limitée de la détection des photons ou à l'absorption dans la liaison, entraîne des risques potentiels pour la sécurité et impose des limites strictes à l'évolutivité de cette approche en raison de la surcharge de ressources induite par la post-sélection.
Idéalement, les informations quantiques du serveur devraient être stockées dans une mémoire quantique stable pouvant être manipulée avec une grande fidélité, tout en étant facilement interfaçable avec une liaison photonique. La capacité de conserver des informations quantiques sur le serveur permet alors au client d'effectuer des ajustements adaptatifs en milieu de circuit afin d'exécuter le calcul cible de manière déterministe et sécurisée.
La combinaison de deux plateformes complètement différentes au niveau quantique unique est un défi technique ; jusqu'à présent, les nœuds de réseaux quantiques avec des qubits de mémoire intégrés ont été réalisés avec des systèmes à l'état solide et des atomes piégés. L'étude démontre le BQC à l'aide d'un processeur quantique à ions piégés (serveur) qui intègre un qubit de mémoire robuste codé en 43Caþ avec une interface à photon unique basée sur 88Srþ pour établir un lien quantique avec le client (système de détection de photons).
Protocole de l'informatique quantique aveugle
Ils ont mis en œuvre un protocole interactif, dans lequel le client peut préparer à distance des états de qubits uniques sur le serveur de manière adaptative d'un coup à l'autre en utilisant un contrôle classique en temps réel par rétroaction. La complexité nécessaire au calcul quantique universel est entièrement contenue dans le serveur, tandis que le client est un simple dispositif de mesure de la polarisation des photons qui est indépendant de la taille et de la complexité de l'algorithme et qui permet une cécité presque parfaite par construction.
Le client et le serveur sont contrôlés par du matériel indépendant et connectés uniquement par un bus de signalisation classique et une fibre optique. Ce système atteint des niveaux de bruit inférieurs à un certain seuil pour lequel des améliorations arbitraires de la sécurité du protocole et du taux de réussite (robustesse) sont théoriquement possibles.
Conclusion
Les chercheurs présentent dans l'étude la première mise en œuvre hybride matière-photon de l'informatique quantique aveugle vérifiable. Ils ont utilisé un serveur quantique à ions piégés et un système de détection photonique côté client, mis en réseau via un lien quantique à fibre optique. La disponibilité de qubits de mémoire et de portes d'enchevêtrement déterministes permet des protocoles interactifs sans exigence de clé de post-sélection pour tout serveur aveugle évolutif, ce que les réalisations précédentes ne pouvaient pas offrir. Cette expérience montre la voie vers l'informatique quantique entièrement vérifiée dans le cloud.
Source : "Verifiable Blind Quantum Computing with Trapped Ions and Single Photons"
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