Zusammenfassung - Verschlüsselter Zustand Quanten-Programmierungsschema basierend auf Quanten-Schaltkreisklärung

Verschlüsselter Zustand Quanten-Programmierungsschema basierend auf Quanten-Schaltkreisklärung

2025-07-23 15:23:18

{"Chenyi Zhang","Tao Shang","Xueyi Guo"}

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Diese Forschungsarbeit stellt das verschlüsselte-Zustand-Quanten-Kompilierungsschema (Encrypted-State Quantum Compilation Scheme, ECQCO) vor, einen neuen Ansatz zur Sicherung von Quantenkreisen während des Kompilierungsprozesses im Quanten-Cloud-Computing. Das Schema behandelt potenzielle Sicherheitsrisiken wie strukturelle Lecks und Vorhersagbarkeit von Ausgaben durch die Verwendung von Techniken zur Obfuskierung von Quantenkreisen. Schlüsselaspekte von ECQCO: 1. **Quantenkreis-Obfuskierung**: ECQCO nutzt Quantenhomomorphe Verschlüsselung (QHE) zur Verschlüsselung von Ausgangszuständen und Quantenindistinguishabilitätsobfuskierung (QiO) zur Schutz der Struktur des Kreises. Dies stellt sicher, dass sowohl die Funktion als auch die Topologie für Unbefugte verborgen bleiben. 2. **Sicherheit und Effizienz**: Das Schema erreicht informationstheoretische Sicherheit und rechnerische Ununterscheidbarkeit unter dem Quanten-zufälligen Orakelmodell. Es verursacht minimalen Overhead hinsichtlich der Kringtiefe und Genauigkeit, was eine praktische Balance zwischen Sicherheit und Effizienz ermöglicht. 3. **Client-seitige Ausführung**: ECQCO wird vollständig auf der Client-Seite implementiert und ist orthogonal zu bestehenden Techniken der Kringoptimierung und kompatibel mit jedem aktuellen NISQ-Ära-Compiler. 4. **Quantenkreis-Ausgangs-Obfuskierung (QCOO)**: QCOO verschlüsselt und entschlüsselt Quantendaten mit geheimen Schlüsseln und ermöglicht spezifische Quantenrechnungen, die direkt auf dem Chiffretext durchgeführt werden. Es nutzt die homomorphen Eigenschaften der QOTP-Verschlüsselung und verwendet die Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Entschlüsselung. 5. **Quantenkreis-Struktur-Obfuskierung (QCSO)**: QCSO obfusziert die topologische Struktur und die Informationen über den Gattung der Quantenkreise, ohne seine computatorische Funktion zu verändern. Es konstruiert Δsubpath-Equivalenz mit Hilfsringpfaden und einem anpassungsfähigen Decoupling Obfuscation Algorithmus (ADOA), um den Overhead und die Fehlerrückdrängung zu verringern. 6. **Experimente**: Das Papier präsentiert Experimentsergebnisse auf Referenzdatenmengen, die die Effektivität von ECQCO bei der Erreichung hoher TVD (Total Variation Distance) und normGED (Normalized Graph Edit Distance) Werte demonstrieren, was eine starke Obfuskierung sowohl von Ausgang als auch von Struktur zeigt. Es analysiert auch den Overhead und die Genauigkeit, zeigt minimalen Einfluss auf die Kringtiefe und Genauigkeit. 7. **Schlussfolgerung**: ECQCO bietet eine praktische und sichere Lösung zum Schutz von Quantenkreisen während des Kompilierungsprozesses im Quanten-Cloud-Computing. Seine Fähigkeit, Sicherheit und Effizienz auszubalancieren, macht es für Anwendungen im NISQ-Ära Quantencomputing sehr gut geeignet. Insgesamt trägt diese Forschung durch die Bereitstellung eines neuen und sicheren Ansatzes zum Schutz von Quantenkreisen während der Kompilierung im Quanten-Cloud-Computing zum Bereich des Quantencomputings bei. Es adressiert potenzielle Sicherheitsrisiken und erhöht die Zuverlässigkeit von Quanten-Cloud-Computing-Plattformen.