Quantencomputer werden zurzeit weltweit intensiv erforscht und einige Firmen stellen bereits „Quantencomputer in der Cloud“ zur Verfügung. Das heißt, man kann bereits heute die Vorteile von Quantencomputern nutzen, indem man seine Daten und Auswertungen auf entsprechend online verfügbarer Quanten-Hardware laufen lässt.
Am Know Center wird intensiv daran geforscht, solche Auswertungen auf Quantencomputern sicherzumachen und auch hier Daten und Algorithmen zu schützen. In einer ersten Arbeit haben Forscher am Know Center das „Rauschen“ der Qubits, der Grundbausteine eines Quantencomputers, ausgenützt, um zu bestimmen, was vorher am Quantencomputer gerechnet wurde. Störfaktoren, wie kosmische Strahlung, die physikalische Umgebung des Quantencomputers und sogar andere Qubits, können innerhalb der Quantenschaltkreise ein „Rauschen“ erzeugen. Dieses kann Ergebnisse einer Berechnung beeinflussen und somit zu Fehlern führen. Die derzeitige Forschung fokussiert daher stark auf die Minimierung dieses Rauschens.
Inspiriert durch die klassische Hacking-Methode der Seitenkanalangriffe – dabei wird auf indirekte Informationen im Computersystem zugegriffen, anstatt das System direkt anzugreifen, entstand die Idee, einen „Prime-and-Probe“-Angriff durchzuführen. Bei dieser Art von Angriff wird versucht, das System in einen bestimmten Zustand zu versetzen, der dann eine indirekte Analyse ermöglicht. Alle Rechnungen auf der öffentlichen Cloud-Quantencomputing-Plattform von IBM landen in einer Warteliste und werden der Reihe nach am jeweiligen Quantencomputer abgearbeitet.
Die Forscher am Know Center haben ausgenutzt, dass sich das Rauschen der Qubits nicht zufällig verändert und konnten durch geschickte Bestimmung und Beeinflussung des Zustandes des Quantencomputers unmittelbar vor und nach einer fremden Rechnung rekonstruieren, welche Berechnung ausgeführt wurde.
Die Ergebnisse deuten auf eine potenzielle Sicherheitslücke im Cloud-basierten Quantencomputing hin, die dementsprechend weiter erkundet werden sollte.
Das Experiment der Wissenschaftler hat inzwischen auch die Aufmerksamkeit von Forschungsgruppen in Europa und den USA auf sich gezogen, die Rauschminderung zur Sicherung von Cloud-basierten Quantencomputersystemen und die Optimierung von Quantenalgorithmen erforschen. Auch eine lose Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Yale soll verwandte Themen gemeinsam weiter erkunden.