牛津大学量子云计算取得新突破

由于牛津大学科学家在量子云计算的安全和隐私方面取得了突破，企业距离量子云计算又近了一步。

研究人员使用了一种被称为“盲量子计算”的方法来连接两个量子计算实体（图A）； 这模拟了在家或办公室的员工通过云远程连接到量子服务器的情况。 通过这种方法，量子服务器提供商不需要知道要执行的计算的任何细节，从而保证了用户专有工作的安全。 用户还可以轻松验证其结果的真实性，确认其既没有错误也没有损坏。

图A

确保量子计算的安全和隐私是迄今为止阻碍这项强大技术发展的最重要障碍之一，因此这项工作可能会导致它最终进入主流。

尽管仅进行了小规模测试，但研究人员表示，他们的实验有可能扩大到大规模量子计算。 可以开发插件设备来保护工作人员在访问量子云计算服务时的数据。

牛津大学物理研究小组联席组长戴维·卢卡斯教授在一份报告中表示 新闻稿：“我们首次证明，云中的量子计算可以通过可扩展、实用的方式进行访问，这也将为人们提供完全的数据安全性和隐私性，以及验证其真实性的能力。”

什么是量子云计算？

经典计算机将信息处理为表示为 1 和 0 的二进制位，但量子计算机使用量子位或量子位来处理信息。 量子位同时以 1 和 0 的形式存在，但成为其中之一的概率由其量子态决定。 这一特性使量子计算机能够比经典计算机更快地处理某些计算，因为它们可以同时解决问题。

量子云计算是通过互联网远程向用户提供量子资源； 这使得任何人都可以利用量子计算，而无需专门的硬件或专业知识。

免费下载：量子计算：内部指南

为什么“盲量子计算”更安全？

对于典型的量子云计算，用户必须向云提供商透露他们试图解决的问题； 这是因为提供商的基础设施需要了解问题的具体情况，以便能够分配适当的资源和执行参数。 当然，在专有工作的情况下，这会带来安全问题。

通过盲量子计算方法可以最大限度地降低这种安全风险，因为用户在计算过程中远程控制服务器本身的量子处理器。 保持数据安全所需的信息（例如输入、输出和算法细节）只需要客户端知道，因为服务器不会用它做出任何决策。

卢卡斯教授在新闻稿中表示：“历史上，围绕数据和代码隐私的问题从未像当今云计算和人工智能时代那样受到如此迫切的争论。”

“随着量子计算机变得越来越强大，人们将寻求在网络上以完全安全和隐私的方式使用它们，而我们的新结果标志着这方面能力的一步改变。”

量子计算如何影响商业？

量子计算比传统计算强大得多，如果成功地走出研究阶段，它可能会彻底改变我们的工作方式。 例子包括 解决供应链问题, 优化路线 和 确保通信安全。

2 月，英国政府宣布对量子计算投资 4500 万英镑（5700 万美元）； 这笔资金将用于寻找量子计算的实际用途，并在 2033 年之前创建“量子经济”。3 月，七国集团国家在部长宣言中特别提到了量子计算，七国集团国家同意共同努力促进量子技术的发展，促进学术界和工业界之间的合作。 就在这个月， 英国第二台商用量子计算机上线。

由于对电力和制冷的广泛要求，目前商用的量子计算机很少。 然而，一些领先的云提供商确实向企业客户和研究人员提供所谓的量子即服务。 例如，谷歌的 Cirq 是一个开源量子计算平台，而 Amazon Braket 允许用户在本地量子模拟器上测试他们的算法。 IBM、微软和阿里巴巴也提供量子即服务产品。

观看：经典软件开发人员需要了解哪些关于量子计算的知识

但在量子计算规模化并用于商业应用之前，必须确保在实现这一目标的同时保护客户数据的隐私和安全。 这就是牛津大学研究人员希望在他们的新研究中实现的目标，该研究发表在 物理评论快报。

研究负责人 Peter Dmota 博士在一封电子邮件中告诉 TechRepublic：“强大的安全保障将降低使用强大的量子云计算服务的障碍，一旦可用，将加速电池和药物等新技术的开发，涉及高度机密数据的应用程序，例如私人医疗信息、知识产权和国防。 这些应用程序的存在也没有增加安全性，但不太可能得到广泛使用。

“量子计算有潜力极大地改善机器学习。 这将促进更好、更适应的人工智能的发展，我们已经看到人工智能正在影响各个行业的业务。

“可以想象，量子计算将在未来五到十年内对我们的生活产生影响，但很难预测未来创新的确切性质。 我预计，随着用户开始学习如何使用这个新工具以及如何将其应用到自己的工作中，会有一个持续的适应过程——就像人工智能现在在主流工作场所慢慢变得更加重要一样。

“我们的研究目前是由相当普遍的假设驱动的，但随着企业开始探索量子计算的潜力，将会出现更具体的要求，并将研究推向新的方向。”

盲量子云计算是如何工作的？

盲量子云计算需要使用光纤电缆将能够检测光子或光粒子的客户端计算机连接到量子计算服务器（图B）。 服务器生成单光子，通过光纤网络发送并由客户端接收。

图B

然后，客户端测量光子的偏振或方向，这告诉它如何以产生所需计算的方式远程操作服务器。 这可以在服务器不需要访问有关计算的任何信息的情况下完成，从而使其安全。

为了进一步确保计算结果没有错误或被篡改，可以进行额外的测试。 虽然篡改不会损害盲量子计算中数据的安全性，但它仍然可能会破坏结果并使客户端不知情。

“量子力学定律不允许复制信息，服务器或窃听者观察内存状态的任何尝试都会破坏计算，”德莫塔博士在一封电子邮件中向 TechRepublic 解释道。 “在这种情况下，用户会注意到服务器没有正常运行，使用一种称为‘验证’的功能，如果有任何疑问，就会中止使用他们的服务。

“由于服务器对计算是‘盲’的——即无法区分不同的计算——客户端可以通过运行简单的测试来评估服务器的可靠性，其结果可以很容易地检查。

“这些测试可以与实际计算交织在一起，直到有足够的证据表明服务器运行正常并且可以相信实际计算的结果是正确的。 这样，客户端就可以检测到诚实的错误以及篡改计算的恶意尝试。”

图C

研究人员通过盲目的量子云计算实验发现了什么？

根据论文，研究人员发现他们的方法产生的计算“可以被稳健且可靠地验证”。 这意味着客户端可以相信结果没有被篡改。 科学家们写道，它也是可扩展的，因为可以增加用于执行计算的量子元素的数量，“无需增加服务器中物理量子位的数量，也无需修改客户端硬件”。

Drmota 博士在新闻稿中表示，“使用盲量子计算，客户可以访问远程量子计算机，用秘密算法处理机密数据，甚至验证结果是否正确，而不会泄露任何有用的信息。” 实现这一概念是量子计算和确保我们的在线信息安全方面向前迈出的一大步。”

该研究由英国量子计算和模拟中心资助，该中心由 17 所大学合作组成，并得到商业和政府组织的支持。 它是英国国家量子技术计划的四个量子技术中心之一。