Kvantecomputere i skyen kan regne på hemmelige data
De første brugbare kvantecomputere bliver sikkert så dyre, at vi kommer til at deles om dem. Nu har danske forskere været med til at finde ud af, hvordan vores data kan holdes hemmelige, selv om vi bruger en andens kvantecomputer til at regne på dem.
Kvantegate

På DTU kan fysikerne eksperimentere med kvante-effekter, der senere kan bruges i en kvantecomputer. Magien opstår i en krystal (i den sorte boks i forgrunden), der udsættes for laserlys.  (Foto: Maria S. Bohn)

På DTU kan fysikerne eksperimentere med kvante-effekter, der senere kan bruges i en kvantecomputer. Magien opstår i en krystal (i den sorte boks i forgrunden), der udsættes for laserlys.  (Foto: Maria S. Bohn)

Kvantecomputerne kommer. Før eller siden vil det lykkes forskerne at konstruere en brugbar, universel kvantecomputer, der kan bruges til et væld af forskellige beregninger, som den vil kunne udføre langt hurtigere end konventionelle computere.

Men til at starte med vil kvantecomputere utvivlsomt være ekstremt svære at bygge, hundedyre og forbeholdt de få.

Har man ikke råd til sin egen kvantecomputer, men gerne vil foretage beregninger, som kun sådan en kan klare inden for et overskueligt tidsrum, så vil man måske gerne købe sig adgang til andres kvantecomputere.

Via det fremtidige kvanteinternet kan man så sende sine regnestykker til en kvantecomputer i skyen, som det så poetisk hedder. Kvantecomputeren kan for eksempel stå hos Google, Microsoft eller IBM, for nu at nævne nogle firmaer, der i forvejen tilbyder cloud computing og arbejder på at udvikle kvantecomputere. Når kvantecomputeren i skyen er klar med resultatet, bliver det sendt retur til brugeren.

LÆS OGSÅ: Nu kan computerne regne med hemmelige data

Hemmelige beregninger på en fremmed kvantecomputer

Nu ligger både brugbare kvantecomputere og kvanteinternettet et stykke ude i fremtiden, men det er ikke for tidligt at begynde at forberede sig på en tid, hvor man skal have lavet sine kvanteregnestykker hos en fremmed leverandør, som muligvis ikke er til at stole på.

Det mener i hvert fald Christian Scheffmann Jacobsen, der er postdoc på Institut for Fysik på Danmarks Tekniske Universitet (DTU). Sammen med kolleger fra instituttet og fra University of Toronto i Canada har han vist, hvordan man kan få en kvantecomputer til at regne på hemmelige, krypterede data.

»Når vi nu skal til at bruge en helt ny teknologi, kan vi lige så godt sørge for, at sikkerheden er på plads, allerede før teknologien er det,« siger han.

»Der kommer formentlig til at være en centralisering af kvantecomputerne til at starte med. Så vil det være en god ting at kunne bruge vores metode til at sikre sine data. Men det vil selvfølgelig også være brugbart senere hen, hvor kvantecomputere bliver mere udbredte. Så vil det stadig være rart at have nogle fremgangsmåder, som sikrer at informationssikkerheden er intakt.«

LÆS OGSÅ: Nu kan alle få adgang til en kvantecomputer

Computeren må ikke kigge

Hvis man blot skal gemme data, er det ikke det store problem. Man skal blot kryptere dem, inden man sender dem op i skyen.

Men det er straks sværere, hvis man skal have udført beregninger, hvor computeren ikke må vide, hvad den regner på. Det svarer til, at man gerne vil lave en Google-søgning, uden at Google får at vide, hvad man skriver i søgefeltet.

»Det kan man godt få til at virke på almindelige computere, selvom det er svært og meget ressourcekrævede,« , fortæller Christian S. Jacobsen og fortsætter:

»Spørgsmålet var så, om man kan lave noget lignende med kvantecomputere, der fungerer fundamentalt anderledes – om man kan sende krypterede data til et fremmed firmas kvantecomputer, som udfører beregningerne og sender resultatet krypteret tilbage.«

Det spørgsmål har fysikerne nu besvaret bekræftende. Resultatet fremgår af en artikel, der bringes i det videnskabelige online-tidsskrift Nature Communications.

LÆS OGSÅ: Niels Bohr-forskere tager solidt skridt mod en kvantecomputer

Halvfærdig DTU-kvantecomputer blev taget i brug

På DTU forsøger fysikerne at udvikle en kvantecomputer, der er baseret på laserlys. Ved at manipulere med laserlysets styrke og fase kan de producere kvanteeffekter, der kan danne udgangspunktet for kvantecomputerens virkemåde.

Krypteret kvanteberegning

Princippet bag metoden ser indviklet ud, men den er nem at forstå. Kvantecomputeren regner på input, der er krypteret, og sender et krypteret svar retur.(Illustration: K. Marshall et al./Nature Comm.)

Fysikerne i Canada har vist, at metoden med at holde data hemmelige for kvantecomputeren og ejerne af dem virkede i teorien, men spørgsmålet var, om den så også gjorde det i praksis, siger Christian S. Jacobsen:

»Der kunne godt være eksperimentelle begrænsninger for, hvor godt metoden fungerer. Det kunne vi afprøve på DTU. Vi har selvfølgelig ikke en hel, forkromet kvantecomputer til rådighed, men vi har en del af den teknologi, der er nødvendig for at få en kvantecomputer til at fungere og gøre præcis, hvad du vil have den til. Og med vores forsøgsopstilling kunne vi vise, at metoden kan virke i praksis.«

LÆS OGSÅ: Vær med til at bygge en dansk kvantecomputer

Kvantecomputere kan udvikle fremtidens medicin

Men hvad kan det så bruges til? Det kommer i høj grad an på, hvilke programmer – kvantealgoritmer – det lykkes at udvikle til kvantecomputerne. Men der er for eksempel store forhåbninger til kvantecomputere i forhold til at udvikle ny medicin.

»Man kan forestille sig et biotech-firma, der har fundet frem til et molekyle, som måske kan bruges i ny medicin. Firmaet vil gerne simulere, hvordan molekylet opfører sig, når det påvirkes på en bestemt måde, og til det skal de bruge en kvantecomputer i skyen,« fortæller Christian S. Jacobsen.

»I dette eksempel vil inputtet være det specifikke molekyle, kvantealgoritmen vil simulere påvirkningen, og outputtet vil være resultatet af påvirkningen. Med vores metode kan firmaet hemmeligholde det molekyle, hvis virkning bliver testet i kvantecomputeren.«

På den måde er danske forskere med til at sikre, at vi stadig kan holde på vores hemmeligheder i en fremtid, hvor kvantecomputeres vilde regnekraft bliver noget, vi lejer på nettet.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om det anderledes Danmarkskort og flere tal om arealet her.