Résumé - Schéma de compilation quantique à l'état chiffré basé sur l'obfuscation de la circuit quantique

Schéma de compilation quantique à l'état chiffré basé sur l'obfuscation de la circuit quantique

2025-07-23 15:23:18

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

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Ce document de recherche présente le Schéma de Compilation Quantique de l'État Crypté (ECQCO), une approche novatrice pour sécuriser les circuits quantiques pendant le processus de compilation dans le calcul en nuage quantique. Le schéma aborde des risques potentiels de sécurité tels que les fuites structurales et la prédictibilité des sorties en employant des techniques d'obscurcissement de circuits quantiques. Principaux aspects de l'ECQCO : 1. **Obscurcissement de Circuit Quantique** : L'ECQCO utilise le chiffrement homomorphe quantique (QHE) pour cacher les états de sortie et l'obscurcissement indiscernable quantique (QiO) pour protéger la structure du circuit. Cela garantit que la fonctionnalité et la topologie restent cachées des parties non autorisées. 2. **Sécurité et Efficiacité** : Le schéma atteint une sécurité informationnelle et une indiscernabilité computationnelle sous le modèle de l'oracle aléatoire quantique. Il introduit un overhead minimal en termes de profondeur du circuit et de fidélité, atteignant un équilibre pratique entre sécurité et efficacité. 3. **Exécution Côté Client** : L'ECQCO est entièrement mis en œuvre côté client, ce qui le rend orthogonal aux techniques d'optimisation de circuit existantes et compatible avec tout compilateur actuel de l'époque NISQ. 4. **Obscurcissement de Sortie de Circuit Quantique (QCOO)** : Le QCOO chiffre et déchiffre les données quantiques à l'aide de clés secrètes tout en permettant l'exécution de calculs quantiques spécifiques directement sur le texte chiffré. Il utilise les propriétés homomorphes du chiffrement QOTP et applique la raison sur les distributions de probabilité pour la déchiffrement. 5. **Obscurcissement de Structure de Circuit Quantique (QCSO)** : Le QCSO obscurcit la structure topologique et les informations de type de porte d'un circuit quantique sans altérer sa fonctionnalité computationnelle. Il construit une équivalence ∆subpath en utilisant des sous-paths de boucle et un algorithme d'obscurcissement déconnecté adaptatif (ADOA) pour réduire l'overhead et la réduction des erreurs. 6. **Expériences** : Le document présente des résultats expérimentaux sur des ensembles de données de benchmark, démontrant l'efficacité de l'ECQCO pour atteindre de hautes valeurs de TVD (Distance Totale de Variation) et de normGED (Distance Normale d'Édition de Graphe), indiquant un obscurcissement fort à la fois des sorties et des structures. Il analyse également l'overhead et la fidélité, montrant un impact minimal sur la profondeur et la fidélité du circuit. 7. **Conclusion** : L'ECQCO offre une solution pratique et sécurisée pour protéger les circuits quantiques pendant le processus de compilation dans le calcul en nuage quantique. Sa capacité à équilibrer la sécurité et l'efficacité le rend bien adapté aux applications de calcul quantique de l'époque NISQ. Dans l'ensemble, cette recherche contribue au domaine du calcul quantique en fournissant une approche nouvelle et sécurisée pour protéger les circuits quantiques pendant la compilation, en abordant des risques potentiels de sécurité et en renforçant la fiabilité des plateformes de calcul en nuage quantique.