Исследователи Массачусетского технологического института разработали протокол безопасности, который использует квантовые свойства света для защиты данных, отправляемых на облачный сервер и с него во время вычислений глубокого обучения. Этот протокол гарантирует безопасность, не ставя под угрозу точность моделей глубокого обучения, и может быть использован в таких областях, как здравоохранение, где конфиденциальность данных пациентов имеет решающее значение.

Протокол использует принцип отсутствия клонирования, который является фундаментальным свойством квантовой механики. Этот принцип гласит, что невозможно создать идеальную копию квантового состояния без нарушения принципов квантовой механики. В протоколе безопасности исследователи используют лазер для кодирования данных, которые отправляются на облачный сервер. Лазерный свет состоит из фотонов, которые имеют квантовые свойства, такие как поляризацию и фазу. Эти свойства можно использовать для кодирования данных, которые затем отправляются на сервер.

Когда сервер получает данные, он может измерить поляризацию и фазу фотонов, чтобы декодировать данные. Однако, согласно принципу отсутствия клонирования, невозможно создать идеальную копию фотонов без нарушения квантовой механики. Это означает, что злоумышленник не может скопировать данные без обнаружения.

Источник: DALL-E

Протокол также использует квантовую криптографию, которая является методом шифрования, основанным на принципах квантовой механики.

В ходе испытаний исследователи продемонстрировали, что их протокол может поддерживать точность 96%, обеспечивая при этом надёжные меры безопасности. «Модели глубокого обучения, такие как GPT-4, обладают беспрецедентными возможностями, но требуют огромных вычислительных ресурсов. Наш протокол позволяет пользователям использовать эти мощные модели, не ставя под угрозу конфиденциальность своих данных или проприетарный характер самих моделей», — говорит Кфир Сулимани (Kfir Sulimany), постдокторант Массачусетского технологического института.

Протокол безопасности был представлен на Ежегодной конференции по квантовой криптографии (Qcrypt 2024) и может быть использован в различных областях, включая здравоохранение, финансовое прогнозирование и другие области, где конфиденциальность данных имеет решающее значение.
Исследователи также планируют изучить, как этот протокол можно применить к технике, где несколько сторон используют свои данные для обучения центральной модели глубокого обучения. Его также можно использовать в квантовых, а не в классических операциях, которые авторы изучали для этой работы, что может обеспечить преимущества как в точности, так и в безопасности.

«Эта работа умным и интригующим образом объединяет методы, взятые из областей, которые обычно не встречаются, в частности, глубокое обучение и квантовое распределение ключей. Используя методы из последнего, она добавляет уровень безопасности к первому», — говорит Элени Диаманти, руководитель исследований CNRS в Университете Сорбонны в Париже.