量子物理学：イオントラップ型量子プロセッサーを用いた認証済みランダム性

量子コンピューターは、古典コンピューターの能力を超えて実用上重要なタスクを広範に実行できるものの、この潜在能力を実現することは依然として難題である。一例としては、信頼できない遠隔デバイスを用いて、一定量のエントロピーを含むと認証され得るランダムビットを生成することが挙げられる。認証済みランダム性には多くの応用があるが、古典計算だけでこれを実現するのは不可能である。今回我々は、インターネット経由でアクセスされる、クオンティニュアム社の56キュービット搭載H2-1イオントラップ型量子コンピューターを使用して、認証可能なランダムビットの生成を実証した。今回のプロトコルは、最近ランダム回路サンプリングを用いて実証された古典的困難性を利用しており、クライアントは、小さいランダム性の種（シード値）を用いて量子「チャレンジ」回路を生成し、それを、信頼できない量子サーバーに送信して実行させ、サーバーからの結果を検証する。我々は、今回のプロトコルの安全性を、限定されたクラスの現実的な短期の敵対者に対して分析した。そして、複数台のスーパーコンピューターにまたがる1秒間に1.1 × 10¹⁸回の浮動小数点演算という測定された合成実効性能で古典検証を行い、この限定的な敵対者と付加的な仮定の下で、7万1313ビットのエントロピーを認証した。今回の結果は、現在の量子コンピューターの実用可能性に向けた一歩を示すものである。

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