Computación cuántica en la nube asegurada en un nuevo avance en Oxford

Las empresas están un paso más cerca de la computación cuántica en la nube, gracias a un avance logrado en su seguridad y privacidad por científicos de la Universidad de Oxford.

Los investigadores utilizaron un enfoque denominado «computación cuántica ciega» para conectar dos entidades de computación cuántica (Figura A); Esto simula la situación en la que un empleado en casa o en una oficina se conecta de forma remota a un servidor cuántico a través de la nube. Con este método, el proveedor del servidor cuántico no necesita conocer ningún detalle del cálculo para realizarlo, manteniendo seguro el trabajo propietario del usuario. El usuario también puede verificar fácilmente la autenticidad de su resultado, confirmando que no es erróneo ni está dañado.

Figura A

Garantizar la seguridad y la privacidad de los cálculos cuánticos es uno de los obstáculos más importantes que ha frenado esta poderosa tecnología hasta ahora, por lo que este trabajo podría llevar a que finalmente entre en la corriente principal.

A pesar de haber sido probado solo a pequeña escala, los investigadores dicen que su experimento tiene el potencial de ampliarse a grandes cálculos cuánticos. Se podrían desarrollar dispositivos enchufables que protejan los datos de un trabajador mientras accede a los servicios de computación cuántica en la nube.

El profesor David Lucas, codirector del equipo de investigación de Física de la Universidad de Oxford, dijo en un presione soltar: «Hemos demostrado por primera vez que se puede acceder a la computación cuántica en la nube de una manera práctica y escalable que también brindará a las personas total seguridad y privacidad de los datos, además de la capacidad de verificar su autenticidad».

¿Qué es la computación cuántica en la nube?

Las computadoras clásicas procesan información como bits binarios representados como unos y ceros, pero las computadoras cuánticas lo hacen utilizando bits cuánticos o qubits. Los qubits existen como 1 y 0 al mismo tiempo, pero con una probabilidad de ser uno u otro que está determinada por su estado cuántico. Esta propiedad permite a los ordenadores cuánticos abordar determinados cálculos mucho más rápido que los ordenadores clásicos, ya que pueden resolver problemas simultáneamente.

La computación cuántica en la nube es donde se proporcionan recursos cuánticos a los usuarios de forma remota a través de Internet; esto permite que cualquiera pueda utilizar la computación cuántica sin necesidad de hardware o experiencia especializados.

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¿Por qué la ‘computación cuántica ciega’ es más segura?

Con la típica computación cuántica en la nube, el usuario debe revelar el problema que está tratando de resolver al proveedor de la nube; esto se debe a que la infraestructura del proveedor necesita comprender los detalles del problema para poder asignar los recursos y parámetros de ejecución adecuados. Naturalmente, en el caso de trabajos propietarios, esto presenta un problema de seguridad.

Este riesgo de seguridad se minimiza con el método de computación cuántica ciega porque el usuario controla de forma remota el procesador cuántico del servidor durante un cálculo. La información necesaria para mantener los datos seguros, como la entrada, la salida y los detalles algorítmicos, solo necesita ser conocida por el cliente porque el servidor no toma ninguna decisión con ella.

«Nunca en la historia se han debatido con más urgencia las cuestiones relativas a la privacidad de los datos y el código que en la era actual de la computación en la nube y la inteligencia artificial», dijo el profesor Lucas en el comunicado de prensa.

«A medida que las computadoras cuánticas se vuelvan más capaces, la gente buscará utilizarlas con total seguridad y privacidad a través de las redes, y nuestros nuevos resultados marcan un cambio radical en la capacidad a este respecto».

¿Cómo podría afectar la computación cuántica a los negocios?

La computación cuántica es mucho más poderosa que la computación convencional y podría revolucionar la forma en que trabajamos si logra salir de la fase de investigación. Ejemplos incluyen resolviendo problemas de la cadena de suministro, optimizando rutas y asegurar las comunicaciones.

En febrero, el gobierno del Reino Unido anunció una inversión de 45 millones de libras (57 millones de dólares) en computación cuántica; el dinero se destina a encontrar usos prácticos para la computación cuántica y crear una “economía habilitada para lo cuántico” para 2033. En marzo, la computación cuántica fue destacada en la Declaración Ministerial, y los países del G7 acordaron trabajar juntos para promover el desarrollo de tecnologías cuánticas y Fomentar la colaboración entre la academia y la industria. Precisamente este mes, el La segunda cámara de computadora cuántica comercial del Reino Unido está en línea.

Debido a los grandes requisitos de energía y refrigeración, actualmente hay muy pocos ordenadores cuánticos disponibles comercialmente. Sin embargo, varios proveedores líderes de nube ofrecen el llamado servicio cuántico a clientes e investigadores corporativos. Cirq de Google, por ejemplo, es una plataforma de computación cuántica de código abierto, mientras que Amazon Braket permite a los usuarios probar sus algoritmos en un simulador cuántico local. IBM, Microsoft y Alibaba también tienen ofertas de servicio cuántico.

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Pero antes de que la computación cuántica pueda ampliarse y utilizarse para aplicaciones comerciales, es imperativo garantizar que se pueda lograr salvaguardando al mismo tiempo la privacidad y seguridad de los datos de los clientes. Esto es lo que los investigadores de la Universidad de Oxford esperaban lograr en su nuevo estudio, publicado en Cartas de revisión física.

El Dr. Peter Dmota, líder del estudio, dijo a TechRepublic en un correo electrónico: «Las sólidas garantías de seguridad reducirán la barrera al uso de potentes servicios de computación cuántica en la nube, una vez que estén disponibles, para acelerar el desarrollo de nuevas tecnologías, como baterías y medicamentos, y para aplicaciones que involucran datos altamente confidenciales, como información médica privada, propiedad intelectual y defensa. Esas aplicaciones también existen sin seguridad adicional, pero es menos probable que se utilicen tan ampliamente.

“La computación cuántica tiene el potencial de mejorar drásticamente el aprendizaje automático. Esto potenciaría el desarrollo de una inteligencia artificial mejor y más adaptada, que ya estamos viendo que afecta a las empresas de todos los sectores.

“Es concebible que la computación cuántica tenga un impacto en nuestras vidas en los próximos cinco a diez años, pero es difícil predecir la naturaleza exacta de las innovaciones futuras. Espero un proceso de adaptación continuo a medida que los usuarios comiencen a aprender cómo utilizar esta nueva herramienta y cómo aplicarla en sus trabajos, similar a cómo la IA se está volviendo cada vez más relevante en el lugar de trabajo convencional en este momento.

«Actualmente, nuestra investigación se basa en suposiciones bastante generales, pero a medida que las empresas comiencen a explorar el potencial de la computación cuántica para ellas, surgirán requisitos más específicos que impulsarán la investigación hacia nuevas direcciones».

¿Cómo funciona la computación cuántica en la nube a ciegas?

La computación cuántica en la nube a ciegas requiere conectar una computadora cliente que pueda detectar fotones o partículas de luz a un servidor de computación cuántica con un cable de fibra óptica (Figura B). El servidor genera fotones individuales, que se envían a través de la red de fibra y son recibidos por el cliente.

Figura B

Luego, el cliente mide la polarización u orientación de los fotones, lo que le indica cómo manipular remotamente el servidor de manera que produzca el cálculo deseado. Esto se puede hacer sin que el servidor necesite acceder a ninguna información sobre el cálculo, lo que lo hace seguro.

Para brindar una seguridad adicional de que los resultados del cálculo no son erróneos o han sido alterados, se pueden realizar pruebas adicionales. Si bien la manipulación no dañaría la seguridad de los datos en un cálculo cuántico ciego, aún podría corromper el resultado y dejar al cliente inconsciente.

«Las leyes de la mecánica cuántica no permiten la copia de información y cualquier intento de observar el estado de la memoria por parte del servidor o de un espía corrompería el cálculo», explicó el Dr. Dmota a TechRepublic en un correo electrónico. “En ese caso, el usuario notaría que el servidor no está funcionando correctamente, utilizando una función llamada ‘verificación’, y cancelaría el uso de su servicio si tuviera alguna duda.

“Dado que el servidor es ‘ciego’ al cálculo, es decir, no es capaz de distinguir diferentes cálculos, el cliente puede evaluar la confiabilidad del servidor ejecutando pruebas simples cuyos resultados se pueden verificar fácilmente.

“Estas pruebas se pueden intercalar con el cálculo real hasta que haya evidencia suficiente de que el servidor está funcionando correctamente y se pueda confiar en que los resultados del cálculo real son correctos. De esta manera, el cliente puede detectar errores honestos e intentos maliciosos de alterar el cálculo”.

Figura C

¿Qué descubrieron los investigadores a través de su experimento ciego de computación cuántica en la nube?

Los investigadores descubrieron que los cálculos que produjo su método “podían verificarse de manera sólida y confiable”, según el artículo. Esto significa que el cliente puede confiar en que los resultados no han sido alterados. También es escalable, ya que la cantidad de elementos cuánticos que se manipulan para realizar cálculos se puede aumentar «sin aumentar la cantidad de qubits físicos en el servidor y sin modificaciones en el hardware del cliente», escribieron los científicos.

El Dr. Drmota dijo en el comunicado de prensa: “Utilizando la computación cuántica ciega, los clientes pueden acceder a computadoras cuánticas remotas para procesar datos confidenciales con algoritmos secretos e incluso verificar que los resultados sean correctos, sin revelar ninguna información útil. Hacer realidad este concepto es un gran paso adelante tanto en la computación cuántica como en mantener nuestra información segura en línea”.

La investigación fue financiada por el Centro de Simulación y Computación Cuántica del Reino Unido, una colaboración de 17 universidades respaldadas por organizaciones comerciales y gubernamentales. Es uno de los cuatro centros de tecnología cuántica del Programa Nacional de Tecnologías Cuánticas del Reino Unido.