La computación cuántica ofrece el potencial de resolver problemas complejos más rápido que las computadoras clásicas aprovechando los principios de la mecánica cuántica. Se han logrado avances significativos en áreas como la inteligencia artificial, la criptografía, el aprendizaje profundo, la optimización y la resolución de ecuaciones complejas. Si bien las principales empresas de tecnología como IBM, Google y Microsoft están trabajando en computadoras cuánticas prácticas capaces de manejar grandes cantidades de información cuántica, aún quedan desafíos importantes antes de que la tecnología cuántica se adopte ampliamente. Aunque la comunicación y la criptografía cuánticas se utilizan cada vez más en aplicaciones comerciales debido a sus sistemas seguros, la comunicación y la criptografía cuánticas deben someterse a una validación rigurosa para su uso en aplicaciones críticas para la seguridad. Estos procesos son esenciales para garantizar que no haya fallas en la seguridad.
Para abordar esta brecha, el profesor asociado Kan Min Do, junto con el profesor asociado Tsubasa Takagi y el profesor Kazuhiro Ogata del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST), desarrollaron un método automatizado para verificar programas cuánticos basados en el registro cuántico dinámico básico. . (BDQL). BDQL captura fielmente la evolución cuántica y las mediciones en mecánica cuántica, proporcionando un marco lógico para formalizar y verificar protocolos cuánticos con sus propiedades deseadas. A pesar de su eficacia, BDQL tenía limitaciones, en particular la incapacidad de manejar interacciones entre participantes en protocolos cuánticos.
Para superar estas limitaciones, el equipo ha desarrollado una nueva lógica conocida como lógica cuántica dinámica concurrente (CDQL), que amplía la capacidad de BDQL para operar simultáneamente en protocolos cuánticos. En su último estudio publicado el 12 de diciembre en ACM Transactions on Software Engineering and Methodology, el Dr. El Dr. explicó: “CDQL formaliza eficazmente el comportamiento sincrónico y la comunicación entre los participantes en protocolos cuánticos. Nuestro marco lógico también proporciona una transición del modelo CDQL al modelo BDQL, asegurando la compatibilidad con la semántica BDQL e introduciendo una técnica de reescritura diferida para una verificación más rápida”. ” Este avance no sólo aumenta la expresividad de la lógica sino que también acelera el proceso de verificación, haciéndolo aplicable a una amplia gama de aplicaciones cuánticas prácticas verificadas.
Una de las principales ventajas de CDQL sobre BDQL es su capacidad para manejar operaciones concurrentes. Si bien BDQL se limitaba a acciones secuenciales, CDQL puede modelar protocolos cuánticos que requieren que se produzcan múltiples acciones simultáneamente, lo que lo hace más adecuado para problemas del mundo real. Además, nuestro marco lógico proporciona una técnica de reescritura diferida para mejorar la eficiencia del proceso de verificación. Específicamente, esta técnica elimina entrelazados irrelevantes de las etapas iniciales y reutiliza los resultados para evitar cálculos innecesarios. Esto aumenta la velocidad y la escalabilidad de la verificación de protocolos cuánticos. A pesar de sus ventajas, nuestro marco tiene algunas limitaciones, como la incapacidad de manejar el intercambio de datos cuánticos a través de canales cuánticos. Sin embargo, el Dr. Du y su equipo planean abordar esta limitación en el futuro para aumentar la versatilidad de CDQL.
Para mejorar el modelado y la verificación de protocolos cuánticos, se desarrolla CDQL como una extensión de BDQL. El equipo de investigación ha formalizado y validado con éxito varios protocolos de comunicación cuántica tanto en BDQL como en CDQL. “Nuestro método de verificación formal automatizado, que utiliza BDQL y CDQL, proporciona un marco riguroso para verificar modelos secuenciales y concurrentes de protocolos cuánticos. Contribuye a la confiabilidad de tecnologías fundamentales como la comunicación cuántica, la criptografía cuántica y los sistemas de criptografía cuántica”. Explicación Dra. Dr. Este trabajo destaca la importancia de garantizar la exactitud de los protocolos cuánticos antes de su implementación en aplicaciones críticas.
En conclusión, CDQL es más eficaz que BDQL para formalizar protocolos cuánticos con operaciones concurrentes. “Este trabajo introduce un enfoque automatizado que utiliza CDQL para verificar la exactitud de los protocolos cuánticos, garantizando su confiabilidad antes de su implementación en aplicaciones críticas y críticas para la seguridad”, concluyó el Dr. Du. Y añadió: “Al garantizar la exactitud de los protocolos cuánticos, este trabajo contribuye al desarrollo de tecnologías cuánticas confiables y libres de errores, particularmente en comunicación cuántica y criptografía, en los próximos cinco a diez años”.