计算机科学

隐私和量子互联网

由于量子物理学的奇怪规律,有可能在网上导航并进行研究,而不必担心被屏蔽。

塞尔劳埃德 用于Science N°391
本文保留用于科学用户

在我们的时间内,保密性很少,特别是在互联网上,每次我们寻找一些东西 谷歌我们的查询记录为后期 - 或至少适用于广告商。

互联网接入提供商声称通过加密个人信息和使用数字而不是名称来保护客户的隐私,而不是保留Internet用户的匿名性。但问题是这样做的方法并不总是有效的。

用户编号4417749AOL. 他于2006年在其费用中学到了它,当时这家供应商决定在网上发布2000万个查询的列表,包括他和其他其他用户的657,000名用户。记者已经设法恢复了这位62岁的洛尔堡寡妇,格鲁吉亚的追踪,分析了他的要求的内容。 Thelma Arnold的名字,这个女人没有令他个人身份和利益的启示令人困扰。但我们中有多少人可以说?

物理法可能会救出。关于“量子通道”的通信已经允许银行和其他机构发送与几乎不可侵犯的加密的数据。因此,已经有技术可以将我们的请求隐藏到可能拦截它们的单项性。但在未来,新的所谓铃声版本的互联网可能允许您发送查询并接收答案,并保证没有人,甚至没有 谷歌,不知道你问过什么问题。此外,将保证请求的机密性的相同技术也可以保证整个连接持续时间的机密性。

当然,搜索引擎保存并分析用户数据以显示目标广告。这就是他们在其费用返回的利润。如果他们决定保留用户数据秘密,则搜索引擎需要一个新的商业模型。用户可能不得不决定他们是否愿意支付他们的研究,或者他们更喜欢自由......在他们匿名的价格上。

当我在加利福尼亚州蒙特利的会议上发现自己在亿万富翁宴会上发现自己,我感到有点偏移。据我所知,我的角色是招待那些对量子技术感兴趣的客人。亿万富翁的陈述是谢尔盖德和拉里页,创始人 谷歌。令我惊讶的是,这两个人知道量子信息。在一些疏通的投机中,在量子物理学可以改变互联网的人们的互动模式的方式之后,我建议我将与我的同事合作在“互联网上的量子量”上,而无需了解它可能打开的内容

对量子量

量子物理学提供总机密性的能力从一个非常简单的事实:量子系统(包括来自基本颗粒到分子的所有范围)可能存在于多个状态中。在任何特定的时刻,可以在不同的地方找到原子;光子或光颗粒可以水平和垂直偏振;电子的磁矩可以同时上下点;等等。

因此,虽然传统的数据(与量子位相对)记录值0或值1,但量子比特可以同时表示两个值0和1。此外,在这种情况下,人们无法做出该量子位的精确副本,并且在此方向上的任何尝试都会改变iLO的状态。该规则,称为非克隆定理,也适用于量子位,其可以例如代表单词或句子。结果,将量子通道(通常是多个偏振状态中的光纤载有光子的光纤)无法拦截而不会打扰它,从而揭示入侵。

由于非克隆属性,有几种不同的量子加密技术用于机密地交换数据。但这些技术假设允许收件人读取您发送的数据:发送请求的简单事实 谷歌 通过量子频道不会解决问题。但是,2008年,我的意大利同事们·帕萨正常学院和洛伦佐麦克松,来自帕维亚大学,我发现了非克隆定理还允许机密查询。在我们设计的协议中,用户必须能够发送到搜索引擎“量子问题”:一串同时包含正确的问题的量子位(无论第二个问题:L'计算机可以自动吗?提供一个随机问题)。

搜索引擎将在其数据库上绘制多个问题的答案,并响应它返回您的量子包。如果搜索引擎为其档案副本副本,您将知道已经违反了机密性,因为您原始问题的量子状态已通过计算机进行可检测的干扰。基本点,搜索引擎可以在没有物理检测的情况下引入答案(更快地没有克隆)编码问题的位链,因此而不知道有什么问题。

非克隆定理确保机密性

即使电脑不可能这样的塔,我们目前拥有的数据库和网络材料,我们也意识到它在技术上并不遥不可及。

制定量子私人查询的第一个要求是一个基本的量子互联网。用于在专用线路上交换量子邮件的技术已经存在并且用于确保通信。然而,整个量子互联网将无法在两点之间成为一个简单的线路,而是必须构成节点处理数据分组的网络,以便每个用户可以到达任何其他用户或Web服务器。事实证明,数据必须由临时副本(因此,不患非克隆定理的后果)是一种非琐碎的任务,并且需要在实验阶段的复杂技术:量子路由器。这种网络的原型可以在五到十年内提供。

对互联网搜索的第二个要求是用户和数据服务器具有能够存储和操纵量子位的基本量子计算机。不幸的是,量子位是不稳定的,并且倾向于将它们的量子多重损失成一秒的一小部分。

只需三十次Quantum位......

例如,在真空中悬浮在真空中的简单离子的磁态形式存储量子位的实验量子计算机可以仅存储八个比特。 Quantum完成需要数百甚至数千个,量子位,这可能不会在几十年之前,即使在实验中也是如此。幸运的是,在个人量子量度的光学中,大约三十位应该足够:编码良好,一个30位请求可以将响应提取到包含超过10亿个条目的数据库中。这种30位量子微处理器也可以在五到十年内提供。

目前,所有似乎都骑得很好:Quantum机密查询似乎需要非常简单的计算机和量子通信系统。但现在它很复杂。要响应量子量子查询,搜索引擎数据库必须能够同时向问题的每个组件提供答案。为此,它将采用名为Quantum RAM的新型数据存储,或 内存 (随机存取存储器或随机存取存储器)量子。

RAM只是用于存储数据的设备,根据树木结构。每个数据元素是八位或字节的序列,并且从自己的地址分配,该地址本身是一系列比特。字节就像树的叶子,而地址控制从中继线到有问题的表格的路径。地址的第一位指定了两个分支中的哪一个在轴的最低级别拍摄,第二位控制第二级的分支,等等。分支机构在每个级别分开,并且在具有30位地址的传统RAM中,必须激活230 (超过十亿)切换以恢复数据。

人们可以想象一个传统RAM的量子版本。唯一的区别是,在二进制树中引用信息的交换机现在必须能够同时路由信息沿两个不同的分支,因为量子问题的每位可以指定两个不同的路径。这种量子开关可以用现有的技术构造,例如半透明反射镜,其一次通过两个轨迹沿着它们的两个轨迹“分割”光子。问题是量子电路对噪声和误差过敏:只有一个交换机违约就足够了,使得对应位的机密性丢失。因为地址位控制了大量的交换机,所以失去机密性的风险非常高。

铲斗之旅中的一个ram

V.Giovannetti,L. Maccode,我已经提出了一个不同的概念来解决RAM(经典为量子),其中许多交换机都会为每个对存储器进行播放。该想法是沿着相同的树枝切换地址位,该树枝必须遵循数据,而不是通过单独的地址行。当地址位通过网络顺序传递时,我们将其称为“铲斗之旅”(来自英语) 铲斗大队

铲斗之旅架构在每个网络电平的单个开关上强加了一个开关,而普通的RAM在所有级别操作所有开关 (见对面的盒子)。增益是显着的:一个带有10亿内存位置的旅,每次查询都有30个交换机,而不是在内存中为每个请求驱动的十亿个交换机而相反 内存 经典的。以及铲斗旅架构的好处,就误差和节能率而言,以比特数量为指数增加。

作为第一步,我们认为铲斗大队的想法有可能彻底改变行业。 内存 经典,美元在我们的头上开始跳舞。但我们很快发现其他研究人员已经具有类似的想法,并且无论如何,这一概念对A来说太慢了 内存 经典(尽管它可以是用于非易失性存储器的节能解决方案,例如数字相机中使用的那些)。

但是桶旅,概念对于量子量子量来说至关重要,因为其架构可以容忍一到30个错误率,而不是10亿。用于a的记忆材料 内存 量子可能是经典的物理支持。例如,数据可以存储在数十个微小的镜像中,例如形成表面的镜子 光盘 经典的。真正的量子部分 内存 量子是切换网络,其可以由开关构造,每个开关能够一次能够沿两个分支切换量子位。这种量子开关已经存在并获得足够弱的错误率来构建一个 内存 数亿内存位置或更多的量子。

当然,量子开关的组装充分众多以获得量子高容量记忆可能艰巨,更不用说Quantum简介与量子通信通道的连接问题。但这些困难都不是不可逾越的。在通过,我们最近指出了我们概念的数据路由技术 内存 量子可以应用于整个量子互联网的切换网络。互联网用户可以在网上航行 隐姓埋名,不透露他们正在寻找或观看网站的东西。

一个新的商业模式?

在我的同事和我的同事后几个月定义了建立量子简介和量子量的制定的细节,我在加利福尼亚州纳帕的一次会议上遇到了S. Strand和L.页面。在一棵无花果树下的热浴中,在满天星斗的天空下,我描述了量子量的工作方式,以及什么可能是有益的。

他们的第一个答案是商业模式 谷歌 需要维护有关所有请求的信息并使用它来定义广告商和未来请求的优先级。没有保持查询信息的想法尚未触及它们。当我暴露他们的明显优势时,新的“量子”商业模式代表,在请求的结果将被收取给互联网用户的情况下,他们思考一下,“好的,看看你是否来建造它。 »

这正是最近完成了Francesco de Martini和他的团队从罗马大学萨佩扎。通过激光器,偏振器和光子探测器,它们构建了一个记忆 内存 Quantum非常简单,并在小型数据库上展示了我们的查询协议。因此Quantum机密查询是一个真正的可能性。如果我们有更重要的量子简短或可行量子简报,我们可以想象一切......

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