概要 - 量子回路暗号化に基づく暗号化状態量子コンパイルスキーム

量子回路暗号化に基づく暗号化状態量子コンパイルスキーム

2025-07-23 15:23:18

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

{quant-ph,cs.CR}

この研究論文では、量子クラウドコンピュリングのコンパイルプロセス中に量子回路を保護するための新しいアプローチである暗号化状態量子コンパイルスキーム（ECQCO）を提案しています。このスキームは、量子回路の暗号化技術を用いて構造的な漏洩や出力の予測可能性などの潜在的なセキュリティリスクに対応しています。 ECQCOの鍵となる点： 1. **量子回路の暗号化**：ECQCOは量子同形暗号（QHE）を使用して出力状態を隠し、量子不可区別暗号化（QiO）を使用して回路の構造を保護します。これにより、機能とトポロジーが非認可の側から隠されます。 2. **セキュリティと効率**：このスキームは量子ランダムオラクルモデル下での情報理論的なセキュリティと計算的不可区別性を達成します。回路の深さと正確性に関するオーバーヘッドを最小限に抑え、セキュリティと効率の実践的なバランスを実現しています。 3. **クライアント側の実行**：ECQCOはクライアント側で完全に実装されており、既存の回路最適化技術とは正交的で、現在のNISQ時代のコンパイラと互換性があります。 4. **量子回路の出力の暗号化（QCOO）**：QCOOは秘密鍵を使用して量子データを暗号化および解読し、特定の量子計算が暗号文上で直接実行できるようにします。QOTP暗号の同形性を利用し、解読には確率分布に関する推論を使用します。 5. **量子回路の構造の暗号化（QCSO）**：QCSOは量子回路のトポロジカル構造やゲートの種類に関する情報を暗号化しますが、計算機能を変更しません。ループのサブパスを使用して∆subpath-equivalenceを構築し、適応的な分離暗号化アルゴリズム（ADOA）を用いてオーバーヘッドとエラー抑制を減少させます。 6. **実験**：論文では、ベンチマークデータセットにおける実験結果を示し、ECQCOが高いTVD（総変化距離）とnormGED（正規化グラフ編集距離）値を達成し、出力と構造の強力な暗号化を示しています。オーバーヘッドと正確性の分析も行われ、回路の深さや正確性に最小限の影響を与えることが示されています。 7. **結論**：ECQCOは量子クラウドコンピュリングのコンパイルプロセス中に量子回路を保護するための実践的でセキュアなソリューションを提供します。セキュリティと効率のバランスを取る能力により、NISQ時代の量子計算アプリケーションに非常に適しています。 全体的に、この研究は量子回路のコンパイル中にセキュリティリスクを軽減し、量子クラウドコンピュリングプラットフォームの信頼性を高めるための新しいかつセキュアなアプローチを提供することで、量子計算の分野に貢献しています。