引言

你是否担心数据隐私问题？盲量子计算或许能解决你的担忧！

在当今数字化时代，数据隐私成为人们日益关注的问题。随着量子计算技术的飞速发展，盲量子计算应运而生，为保护用户隐私提供了全新的解决方案。

什么是盲量子计算？

盲量子计算是一种创新的量子计算模式。它允许用户（客户端）在远程服务器上进行量子计算，而不向服务器透露所执行的具体电路信息。这就好比你在一家信赖的工厂加工珍贵宝石，你无需向工厂透露宝石的详细切割工艺，只需提供原材料，工厂就能按照你的要求完成加工并交付成品，全程守护你的核心机密。

近日，美国哈佛大学 M. D. Lukin 教授团队联合麻省理工学院、苏黎世联邦理工学院、哈佛 - 史密森天体物理中心、波士顿大学、亮信科技、哈佛大学工程与应用科学学院、苏黎世大学、哈佛大学化学与化学生物学系等多个单位，在《Science》期刊发表题为 “Universal distributed blind quantum computing with solid - state qubits” 的研究论文。该研究聚焦于固体量子比特的通用分布式盲量子计算，为分布式量子计算、信息安全等领域开辟了新的技术路线。团队利用集成在纳米光子钻石腔中的硅空位（SiV）中心这一高效的光学接口，首次在基于物质量子比特的分布式网络中实现通用量子门集，包括单量子比特和双量子比特盲门，并完成了分布式算法的盲操作，证明了利用物质量子比特构建分布式、模块化架构盲量子计算的可行性。

第一章 研究背景：挑战与机遇并存

量子计算机在解决特定问题上展现出超越传统计算机的潜力。然而，量子力学中的 “无克隆定理” 为信息理论安全筑牢了防线。盲量子计算巧妙融合这两者优势，即使客户端量子能力有限，也能借助远程强大服务器，在保障信息安全的前提下完成复杂运算。

第二章 关键实验：硅空位中心助力盲量子计算

研究人员以硅空位（SiV）中心为核心的固态量子体系展开深入实验。他们搭建起包含两个节点的量子网络，各节点配备 SiV 中心和光子测量装置。通过巧妙操控，成功实现单量子比特和双量子比特盲门操作，构建出完整的通用盲量子计算门集。

图1 带有硅空位中心（SiV）的两节点量子网络实现分布式盲量子计算（BQC）。(A)（左上）BQC 的高级示意图。(中间) 客户端从服务器接收光子并进行测量。每个服务器在稀释制冷机内操作一个位于纳米光子腔中的 ²⁹SiV。(右下) ²⁹SiV 能级图显示了在双量子比特流形中的微波（MW）和射频（RF）跃迁（直箭头）以及自旋守恒的光跃迁（波浪箭头）。(B) BQC 电路由重复的通用盲单元构成。一个通用盲单元可以由两个子单元实现：单量子比特盲门（1QBG）和两量子比特盲门（2QBG）。1QBG 允许客户端在通用单量子比特门集 U 内执行任意门。2QBG 允许客户端应用最大纠缠门或非纠缠门，例如 CZ 或恒等门（I）。

单量子比特盲门实验 ：以 z 轴旋转为基础，利用自旋 - 光子门将电子与光子纠缠。客户端测量光子并反馈结果，实现对电子自旋的精准操控，完成 z 轴旋转操作，且服务器端无法知晓客户端所选角度，充分保障操作隐私性，实验测得保真度高达 94.8%±0.3%，信息泄露量极低。

双量子比特盲门实验 ：在同一服务器内，借助局部两量子比特门和自旋 - 光子门，实现可控的纠缠与非纠缠门操作。客户端依据测量光子的不同结果，选择性地实现特定量子门功能，服务器依然无法识别客户端的具体指令，保真度达 0.85±0.01（0.85±0.02），信息泄露量依旧微乎其微。

第三章 分布式算法验证：德裔乔萨型算法的实践

基于上述盲门操作，研究人员成功运行算法。Deutsch-Jozsa实验中，客户端可选择不同 “预言”（oracle），确定其性质，同时隐藏自身选择，服务器无法区分不同 “预言” 的实施情况，实现单比特预言隐藏，平均正确判断概率达 0.85±0.03。

图2 带有盲预言的分布式算法。（A）Deutsch-Jozsa 型算法的示意图。服务器提供了四个预言（O1-O4）。表格中显示了它们对应的双输入函数以及恒定或平衡属性。（B）Deutsch-Jozsa 型算法的门序列。x1 和 x2 表示编码函数 f(x) 的第一（第二）输入的计算量子比特，其中 a 表示辅助量子比特。该序列使三个物质量子比特与一个八倍时间箱的光量子比特纠缠。根据客户端的光子测量基，生成四种可能的纠缠态，分别对应四个预言。（C）对于（A）中列出的四个预言，我们分别以 0.90±0.05、0.80±0.06、0.94±0.04 和 0.78±0.06 的概率确定正确结果,其平均值为0.85±0.03。（D）服务器无法区分 O1 和 O3 以及 O2 和 O4 的实现，我们测量的信息泄露量分别为 O1、O3 的 0.05+0.19?0.05 比特和 O2、O4 的 0.07+0.14?0.07 比特。虚线表示理论预期。

第四章 未来展望：突破与拓展

当前实验虽受制于光子探测概率低等技术瓶颈，但已展示出盲量子计算在固态量子体系分布式架构中的巨大潜力。未来，借助辅助量子比特存储、优化量子纠错等技术，有望大幅提升算法复杂度与运行效率，实现更广泛应用，像中性原子、囚禁离子、超导量子比特等其他量子平台也可借鉴该方法，共同推动盲量子计算迈向实用化，为量子计算时代的隐私保护开辟新道路。

让我们共同期待盲量子计算技术的蓬勃发展，为我们的数字生活筑牢隐私防线，开启安全量子计算的新纪元！

封面图片来源：https://physics.aps.org/articles/v17/85

参考文章：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu6894

撰稿｜潘洋

指导｜刘玉龙