As empresas de tecnologia estão correndo para fazer computadores quânticos comerciais. Um novo esquema de pesquisadores em Cingapura e no Japão poderia ajudar os clientes a estabelecer confiança na compra de tempo nessas máquinas - e proteger as empresas de clientes desonestos.

Os computadores quânticos têm o potencial de resolver problemas que estão além do alcance até mesmo dos maiores supercomputadores de hoje, em áreas como modelagem e otimização de medicamentos.

"Nossa abordagem fornece uma maneira de gerar uma prova de que um cálculo estava correto, depois de concluído, "explica Joseph Fitzsimons, pesquisador principal do Centro de Tecnologias Quânticas de Cingapura e Professor Assistente da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura. Fitzsimons realizou o trabalho com o colega Michal Hajdusek e o colaborador Tomoyuki Morimae, que está na Universidade de Kyoto no Japão. Suas propostas são publicadas em Cartas de revisão física .

Os computadores quânticos de hoje são volumosos, máquinas especializadas que requerem manutenção cuidadosa, o que significa que as pessoas têm mais probabilidade de acessar máquinas pertencentes e operadas por terceiros do que ter as suas próprias - como uma versão quântica de um serviço em nuvem. Os clientes que enviam dados e programas para um computador quântico vão querer verificar se suas instruções foram executadas conforme pretendido. Este problema de verificação já foi resolvido antes, mas as soluções anteriores exigiam que o cliente interagisse com o computador quântico enquanto ele executava a computação.

Esse tipo de comunicação de ida e volta não é necessária no novo esquema. "Se você receber um resultado que parece duvidoso, você pode escolher verificar o resultado, essencialmente retrospectivamente, "diz Fitzsimons. A verificação protege contra um computador quântico que não funciona corretamente por causa de uma falha acidental ou até mesmo adulteração maliciosa.

A melhoria vem de como o cálculo é verificado. "A abordagem é completamente diferente. Tentamos produzir um estado que possa ser usado como uma testemunha da correção da computação. As abordagens anteriores tinham algum tipo de armadilha embutida na computação que é verificada conforme você avança, "explica Fitzsimons.

O estado de testemunha registra cada etapa do cálculo. Isso significa que ele deve ter tantos bits quanto o cálculo tem etapas. Por exemplo, se um cálculo tem 1000 etapas, em 100 qubits, a testemunha precisaria ter 1100 qubits de comprimento.

A equipe de pesquisa apresenta dois esquemas de verificação post-hoc, com base em diferentes maneiras de testar o estado da testemunha. O primeiro requer que o cliente seja capaz de enviar e medir bits quânticos. Na prática, isso significa que eles precisariam de algum hardware especializado e uma linha para enviar esses qubits ao dono do computador quântico. O cliente então mede a testemunha diretamente.

No segundo esquema, o cliente pode ficar sem quaisquer ferramentas quânticas - a comunicação pela Internet regular serviria - mas o computador quântico que faz o cálculo deve estar conectado em rede com cinco outros computadores quânticos que ajudam a verificar o estado de testemunha, desempenhando um papel como provadores.

"Será difícil fazer um experimento para demonstrar a verificação post-hoc, mas talvez não seja impossível ", diz Fitzsimons. Um desafio é o tamanho dos computadores quânticos disponíveis hoje - os maiores têm cerca de 50 qubits. Outra é que as configurações de rede necessárias para os esquemas de provador não existem - pelo menos não ainda.

Os pesquisadores concluem seu trabalho apontando uma vantagem interessante do esquema de verificação post-hoc:não é apenas o cliente que pode verificar se um cálculo foi realizado corretamente. O esquema permite verificabilidade pública. A testemunha pode ser verificada por um terceiro confiável, como um tribunal. Isso poderia proteger a empresa se, dizer, um cliente alegou que o cálculo não foi feito corretamente para evitar o pagamento pelo serviço.