Ved DTU kan fysikerne eksperimentere med kvanteeffekter som senere kan brukes i en kvantedatamaskin. Magien oppstår i en krystall (i den svarte boksen i forgrunnen) som utsettes for laserlys. (Foto: Maria S. Bohn)
Ved DTU kan fysikerne eksperimentere med kvanteeffekter som senere kan brukes i en kvantedatamaskin. Magien oppstår i en krystall (i den svarte boksen i forgrunnen) som utsettes for laserlys. (Foto: Maria S. Bohn)

Kvantedatamaskiner i skyen kan regne på hemmelige data

De første fungerende kvantedatamaskinene blir sikkert så dyre at vi må dele på dem. Nå har forskere funnet ut hvordan dataene våre kan holdes hemmelige, selv om vi bruker felles kvantedatamaskiner.

Kvantedatamaskinene kommer. Før eller siden vil forskerne klare å konstruere en kvantedatamaskin som kan brukes til et vell av ulike beregninger, som den vil kunne utføre mye raskere enn vanlige datamaskiner.

Men til å begynne med vil de være ekstremt vanskelige å bygge. Dermed blir de svinedyre og forbeholdt de få.

For de fleste blir det bare mulig å foreta slike beregninger ved å kjøpe seg adgang til en kvantedatamaskin for en kort  periode.

Via det fremtidige kvanteinternettet blir det mulig å sende regnestykkene sine til en kvantedatamaskin i skyen, som det så poetisk heter. Kvantedatamaskinen kan for eksempel stå hos Google, Microsoft eller IBM – for nå å nevne noen firmaer som allerede tilbyr cloud computing og arbeider for å utvikle kvantedatamaskiner. Når «skyen» er klar med resultatet, blir det sendt i retur til brukeren.

Hemmelige beregninger på en fremmed maskin

Selv om det fortsatt ikke finnes verken kvanteinternett eller fullt utbygde kvantedatamaskiner, bør vi begynne å forberede oss.

Det mener i hvert fall Christian Scheffmann Jacobsen, som er postdoktor ved Institut for Fysik ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU). Sammen med kolleger fra instituttet og fra University of Toronto i Canada har han vist hvordan man det er mulig å la en kvantedatamaskin regne på hemmelige, krypterte data.

– Når en helt ny teknologi er på vei, bør vi sørge for at sikkerheten er på plass, sier han.

– I begynnelsen vil kvantedatamaskinene være sentralisert. Da trenger vi metoder for å sikre private data. Men det vil selvfølgelig også være nyttig senere, etter hvert som kvantedatamaskiner blir mer utbredte. Da vil det fortsatt være fint å ha noen metoder som sikrer informasjonen.

Datamaskinen får ikke kikke

Hvis vi bare skal lagre data, er det ikke noe stort problem. Da er det bare å kryptere dataene før du sender dem opp i skyen.

Men det er vanskeligere hvis datamaskinen i skyen skal utføre beregninger på dataene – uten å vite hva den regner på. Det er som å utføre et Google-søk uten at Google får vite hva vi skriver i søkefeltet.

– Det er mulig på vanlige datamaskiner, selv om det er vanskelig og ressurskrevde, forteller Jacobsen.

– Spørsmålet var om vi kunne gjøre noe lignende med kvantedatamaskiner, som fungerer på en helt annen måte, altså å sende krypterte data til en fremmed kvantedatamaskin, som utfører beregningene og sender resultatet kryptert tilbake.

Det har fysikerne nå klart, ifølge en artikkel i tidsskriftet Nature Communications.

Halvferdig kvantedatamaskin ble tatt i bruk

På DTU forsøker fysikerne å utvikle en kvantedatamaskin som er basert på laserlys. Ved å manipulere styrken på og fasen til laserlyset kan de produsere kvanteeffekter som kan danne utgangspunktet for beregninger.

Prinsippet bak metoden ser innviklet ut, men den er lett å forstå. Kvantedatamaskinen regner på input som er kryptert og sender et kryptert svar i retur. (Foto: (Illustrasjon: K. Marshall et al./Nature Comm.))
Prinsippet bak metoden ser innviklet ut, men den er lett å forstå. Kvantedatamaskinen regner på input som er kryptert og sender et kryptert svar i retur. (Foto: (Illustrasjon: K. Marshall et al./Nature Comm.))

Fysikerne i Canada har vist at metoden med å holde data hemmelige for fungerte i teorien, men spørsmålet var fortsatt om det ville fungere i praksis, sier Jacobsen:

– Det kunne ha vært eksperimentelle begrensninger for metoden. Det kunne vi teste ved DTU. Vi har selvfølgelig ikke noen ferdig kvantedatamaskin, men vi har en del av den teknologien som er nødvendig. Og forsøket viste at metoden fungerte.

Kan utvikle fremtidens medisiner

Men hva kan det brukes til? Det kommer an på hvilke programmer – kvantealgoritmer – forskerne klarer å utvikle. Men det er for eksempel store forhåpninger til at kvantedatamaskiner kan bidra til å utvikle nye medisiner.

– Et firma har kanskje et molekyl de vil bruke i nye medisiner. De vil simulere hvordan molekylet oppfører seg når det påvirkes på en bestemt måte, ved hjelp av en kvantedatamaskin i skyen, forteller Jacobsen.

– I dette eksempelet vil inputen være det spesifikke molekylet. Kvantealgoritmen vil simulere påvirkningen, og outputen vil være resultatet av påvirkningen. Med metoden vår kan firmaet holde selve molekylet hemmelig.

Dermed er forskerne med på å sikre at vi fortsatt kan holde på hemmelighetene våre i en fremtid der den utrolige regnekraften til kvantedatamaskiner blir noe vi leier på nettet.

Referanse:

Marshall, K. (et al.) Continuous-variable quantum computing on encrypted data. Nature Communications (2016), DOI: 10.1038/ncomms13795

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.

Powered by Labrador CMS