論文の概要: Qubit Sensing: A New Attack Model for Multi-programming Quantum Computing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2104.05899v1
• Date: Tue, 13 Apr 2021 02:15:50 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-03 23:49:00.845058
• Title: Qubit Sensing: A New Attack Model for Multi-programming Quantum Computing
• Title（参考訳）: qubit sensing:マルチプログラミング量子コンピューティングのための新しい攻撃モデル
• Authors: Abdullah Ash Saki and Swaroop Ghosh
• Abstract要約: ノイズの多い量子コンピュータは、読み出しや測定エラーに悩まされる。 古典的なビットフリップエラーであり、状態が"1"として読み取られ、逆逆になる。 このような読み出しエラー依存シグネチャが存在し、相手がそのようなシグネチャを使ってユーザ出力を推測できることを示します。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.510507449705342
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Noisy quantum computers suffer from readout or measurement error. It is a classical bit-flip error due to which state "1" is read out as "0" and vice-versa. The probability of readout error shows a state dependence i.e., flipping probability of state "1" may differ from flipping probability of state "0". Moreover, the probability shows correlation across qubits. These state-dependent and correlated error probability introduces a signature of victim outputs on adversary output when two programs are run simultaneously on the same quantum computer. This can be exploited to sense victim output which may contain sensitive information. In this paper, we systematically show that such readout error-dependent signatures exist and that an adversary can use such signature to infer a user output. We experimentally demonstrate the attack (inference) on 3 public IBM quantum computers. Using Jensen-Shannon Distance (JSD) a measure for statistical inference, we show that our approach identifies victim output with an accuracy of 96% on real hardware. We also present randomized output flipping as a lightweight yet effective countermeasure to thwart such information leakage attacks. Our analysis shows the countermeasure incurs a minor penalty of 0.05% in terms of fidelity.
• Abstract（参考訳）: ノイズの多い量子コンピュータは読み出しや測定誤差に悩まされる。 これは、状態 "1" が "0" で読み出され、逆が読み取られる古典的なビットフリップ誤りである。 読み出し誤差の確率は状態依存性を示し、すなわち状態"1"の反転確率は状態"0"の反転確率とは異なる可能性がある。 さらに、確率はキュービット間で相関を示す。 これらの状態依存および相関エラー確率は、2つのプログラムが同じ量子コンピュータ上で同時に実行される場合に、逆出力の被害者出力のシグネチャをもたらす。 これはセンシティブな情報を含む可能性のある被害者出力を検知するために利用することができる。 本稿では,このような読み出しエラー依存シグネチャが存在し,相手がそのようなシグネチャを使ってユーザ出力を推測できることを体系的に示す。 我々は3つのibm量子コンピュータに対する攻撃(参照)を実験的に実証する。 統計的推論のための尺度としてjensen-shannon distance (jsd) を用いて,実ハードウェア上で96%の精度で被害者出力を同定した。 また,このような情報漏洩攻撃を回避するための軽量かつ効果的な対策として,ランダム出力フリップを提案する。 分析の結果, 忠実度では0.05%の軽微な刑罰が課せられることがわかった。

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