Un protocolo «doble ciego» de computación cuántica universal

Por Francisco R. Villatoro, el 20 enero, 2012. Categoría(s): Ciencia • Física • Mecánica Cuántica • Noticias • Physics • Science ✎ 7

Supón que has desarrollado el algoritmo cuántico del siglo, pero no tienes un ordenador cuántico para ejecutarlo. Una compañía privada posee un ordenador cuántico que podrías usar, pero no quieres que vean tu código fuente, tu entrada y la salida de tu algoritmo; ellos tampoco confían en tí y no quieren que piratees los secretos de su máquina. Barz et al. publican en Science un protocolo cuántico que os satisfará a ambos, ni tú ni ellos desvelaréis vuestros secretos; el único requisito es que te permitan manipular a tu antojo un solo cubit, uno solo. Este problema se denomina computación cuántica «ciega» (blind QC), pero a mí me gusta más el título de esta entrada. En estudios anteriores se demostró cómo es posible ejecutar cualquier algoritmo cuántico realizando medidas en un solo cubit que está entrelazado con los cubits de dicho ordenador cuántico. Para ocultar el algoritmo, el cliente utiliza el nuevo protocolo que realiza el cálculo gracias a un entrelazamiento cuántico aleatorio. Solo quien controle el único cubit puede conocer la entrada, el algoritmo y la salida; la compañía solo podrá observar cubits aletaorios entrelazados. Además, el funcionamiento del ordenador cuántico es confidencial pues el programador solo puede observar un único cubit. No describiré este protocolo cuántico en detalle, pero adelanto que es muy bonito, aunque algo técnico. Nos lo cuenta Vlatko Vedral, «Moving Beyond Trust in Quantum Computing,» Science 335: 294-295, 20 Jan. 2012, que se hace eco del artículo técnico de Stefanie Barz et al., «Demonstration of Blind Quantum Computing,» Science 335: 303-308, 20 Jan. 2012.

La idea del nuevo protocolo de ejecución «doble ciego» es la siguiente. Supongamos que la empresa (el servidor) tiene un ordenador cuántico donde puede crear un estado entrelazado con muchos cubits. Dicho estado entrelazado es preparado siguiendo las órdenes que suministra el programador (el cliente); estas órdenes corresponden a cubits individuales, elegidos al azar por el cliente, que se encuentran en ciertos estados cuánticos. La empresa lo único que hace es entrelazar el cubit que recibe (sin medir su estado) con los cubits de su ordenador; si la empresa trata de leer el estado que recibe, el programador podrá detectar más tarde dicho cambio y sabrá que le están espiando. La salida del algoritmo es recibida por el cliente gracias a medidas de un solo cubit (seleccionado por él de forma aleatoria); para la empresa estas salidas son completamente aleatorias. Esta forma de ejecutar un algoritmo cuántica haciendo mediciones cubit a cubit del estado entrelazado en el ordenador cuántico denomina computación cuántica basada en medidas proyectivas. La empresa no puede descifrar el algoritmo utilizado ya que se ejecuta en un estado entrelazado al azar y los resultados de las mediciones que obtiene son aleatorios en apariencia (solo el cliente sabe cuáles lo son y cuáles no, porque conoce el estado entrelazado que ha construido gracias a sus órdenes cubit a cubit). Por tanto, el algoritmo es «doblemente ciego» ya que el cliente no conoce los detalles de cómo ha sido implementado el ordenador cuántico y el servidor ignora los detalles del algoritmo que está siendo ejecutado; más aún, el cliente puede llegar a saber observando la salida que recibe del servidor si la empresa realmente atesora un ordenador cuántico de verdad.

La idea detrás de este nuevo protocolo es combinar conceptos de cifrado (criptografía) cuántica y de computación basada en medidas cuánticas; la seguridad de este protocolo es mayor que la del correspondiente protocolo implementado en un ordenador clásico en la misma medida en la que el cifrado cuántico es más seguro que el clásico. La criptografía cuántica siempre permite detectar a cualquier espía que observe lo que no debe. Por cierto, el artículo técnico de Barz et al. incluye una demostración experimental de su protocolo «doble ciego» utilizando cubits ópticos basados en la polarización de fotones en un medio óptico no lineal. Han implementado dos algoritmos cuánticos, el algoritmo de Deutsch-Jozsa y el algoritmo de búsqueda de Grover.

Los 6 circuitos cuánticos "ciegos" en los que se basa el cálculo cuántico "doble ciego." (C) Science

Por cierto, no lo he dicho, pero el autor principal del artículo técnico es Anton Zeilinger, «eterno» candidato al Premio Nobel de Física por su demostración del «teletransporte cuántico»  sus trabajos en la verificación de las desigualdades de Bell y su investigación sobre el entrelazamiento cuántico. Lo digo ahora porque he visto gracias a Twitter que la BBC destaca este hecho en Jason Palmer, «Quantum computing could head to ‘the cloud’, study says,» BBC News, 19 January 2012. Ya se sabe que no es lo mismo un gran descubrimiento cuántico de un «cualquiera» que uno de un firme candidato al Nobel. Pues lo dicho, lo digo.

Por cierto, si queréis escuchar una conversación de Zeilinger con el Dalai Lama en youtube



7 Comentarios

  1. Una puntualización.

    Zeilinger suele estar en las quinielas del Nobel, pero no por el teletransporte, básicamente porque eso se hizo antes en Innsbruck. Suele salir por sus experimentos sobre el entrelazamiento, donde va cerrando «loopholes» o problemas de experimentos anteriores. Sin embargo aún no ha conseguido el experimento «loophole free», es decir sin pegas que demuestre que el entrelazamiento es un fenómeno genuino (y que no hay teorías de variables ocultas locales que puedan describir la realidad).

    A pesar de todo se pronostica fuertemente para el año que viene. A ver que pasa.

    Saludos.

  2. No es mal trabajo pero…

    Los circuitos cuanticos de este experimento son tontillos. Solo 2 qubits.

    Ademas, el escenario de que alguien quiera hacer computacion cuantica doble ciega es muy artificial. La verdad que no es un problema agudo que nos develaria como hacerlo. El proceso de desarrollar software en la vida real nunca es tan secreto.

    Creo que un fisico de cuerdas como tu 🙂 deberia estar abogando por la simulacion de la teoria de cuerdas en un ordenador cuantico.

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