读研八年不毕业，她解决了量子计算的一个根本性问题

以大数的因数分解为例，大型量子计算机能够高效地加以解决，而传统计算机在这方面则被认为力有不逮。尽管传统计算机无法分解出一个大数的因数，但它能够轻易检验量子计算机得出的结果是否正确——它只需把所有因数相乘，看看结果是否与大数相等就行了。

然而，计算机科学家认为，量子计算机能够解决的很多问题并不具备这个特性。换句话说，传统计算机不但无法解决这些问题，而且也无法确认量子计算机给出的解决方案是否正确。

有鉴于此，2004 年左右，加拿大圆周理论物理研究所的物理学家丹尼尔·戈特斯曼（Daniel Gottesman）提出了一个问题：我们是否有可能构想出一种协议，让量子计算机可以借此向一个非量子观察者证明，它确实做了自己宣称做过的那些事情？

在四年的时间里，量子计算研究人员找到了部分答案。两支不同的研究团队证明，量子计算机有可能证明自己的计算，但对象并非一个纯粹的传统计算验证者，而是一个能够访问小型量子计算机的验证者。研究人员后来改进了这种方法，表明验证者需要的只是一次对单个量子比特进行测量的能力。

2012 年，一支包括瓦齐雷尼在内的研究团队证明，如果量子计算是由两台无法相互通信的量子计算机来执行，那么一台纯粹的传统计算机是能够对量子计算结果进行检验的。

但是，那篇论文描述的方法是为特定情况量身定制的，而问题似乎在这里走到了死胡同，戈特斯曼说，“当时可能有人觉得，我们没法再前进一步了。”

大约在此时，马哈德夫也遇到了这个验证问题。起初，她试图得出一个“无条件限制”的结果，也就是不对关于量子计算机能做什么、不能做什么提出任何假设。而后，在马哈德夫研究这个问题一段时间却没有丝毫进展的情况下，瓦齐雷尼提出，也许可以试试“后量子”加密技术。所谓“后量子”加密技术，就是量子计算机也无力破解的加密术。（用于为在线交易加密的 RSA 算法并不属于后量子加密术，大型量子计算机可以破解这些算法，因为它们的安全性取决于分解大数因数的难易程度。）

2016 年，在与计算机科学家保罗·克里斯蒂亚诺（Paul Christiano）合作另一个课题的研究时，马哈德夫和瓦齐雷尼取得了一项后来被证明至关重要的进展。他们开发出一种方法，可以利用加密术让量子计算机生成所谓的“秘密状态”——对于这种状态的描述，传统计算验证者能够知道，而量子计算机本身无法知道。

他们的程序依赖于所谓的“陷门”函数，该函数易于执行，但难于逆转，除非你拥有私密的加密密钥。（当时，研究人员还不知道如何创建一个合适的陷门函数，后来才知道。）此外，陷门函数还需要是“二对一”，这意味着，每个输出值都对应着两个不同的输入值。比如说平方数函数，除了数字 0 之外，每个输出值（例如9）都有两个相应的输入值（3 和-3）。

有了这样的函数之后，我们便能让量子计算机按照如下步骤生成一个秘密状态：首先，我们让计算机建立一个包含函数所有潜在输入值的叠加态。然后，我们让计算机把函数应用在这个巨型叠加态上，从而生成一个新状态，它是函数所有潜在输出值的叠加态。输入值和输出值的叠加态将被纠缠在一起，这意味着，对其中一个进行测量会立刻影响到另一个。

（编辑：西安站长网）

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