論文の概要: Hardware Architecture for a Quantum Computer Trusted Execution Environment

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.03897v1
• Date: Mon, 7 Aug 2023 20:18:36 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-08-09 15:07:28.616962
• Title: Hardware Architecture for a Quantum Computer Trusted Execution Environment
• Title（参考訳）: 量子コンピュータ信頼できる実行環境のためのハードウェアアーキテクチャ
• Authors: Theodoros Trochatos, Chuanqi Xu, Sanjay Deshpande, Yao Lu, Yongshan Ding, Jakub Szefer
• Abstract要約: 今日のおよび将来の量子コンピュータが運用するクラウドベースの環境は、ユーザの知的財産のセキュリティとプライバシに関する懸念を提起する。 この研究は、量子コンピュータのための信頼できる実行環境のための最初のハードウェアアーキテクチャを提示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.9098355641304865
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The cloud-based environments in which today's and future quantum computers will operate, raise concerns about the security and privacy of user's intellectual property. Quantum circuits submitted to cloud-based quantum computer providers represent sensitive or proprietary algorithms developed by users that need protection. Further, input data is hard-coded into the circuits, and leakage of the circuits can expose users' data. To help protect users' circuits and data from possibly malicious quantum computer cloud providers, this work presented the first hardware architecture for a trusted execution environment for quantum computers. To protect the user's circuits and data, the quantum computer control pulses are obfuscated with decoy control pulses. While digital data can be encrypted, analog control pulses cannot and this paper proposed the novel decoy pulse approach to obfuscate the analog control pulses. The proposed decoy pulses can easily be added to the software by users. Meanwhile, the hardware components of the architecture proposed in this paper take care of eliminating, i.e. attenuating, the decoy pulses inside the superconducting quantum computer's dilution refrigerator before they reach the qubits. The hardware architecture also contains tamper-resistant features to protect the trusted hardware and users' information. The work leverages a new metric of variational distance to analyze the impact and scalability of hardware protection. The variational distance of the circuits protected with our scheme, compared to unprotected circuits, is in the range of only $0.16$ to $0.26$. This work demonstrates that protection from possibly malicious cloud providers is feasible and all the hardware components needed for the proposed architecture are available today.
• Abstract（参考訳）: 今日の量子コンピュータと将来の量子コンピュータが動作するクラウドベースの環境は、ユーザの知的財産のセキュリティとプライバシに関する懸念を提起する。 クラウドベースの量子コンピュータプロバイダに送信された量子回路は、保護を必要とするユーザによって開発されたセンシティブまたはプロプライエタリなアルゴリズムを表す。 また、入力データを回路にハードコードし、回路のリークをユーザのデータを露出させることができる。 悪質な量子コンピュータクラウドプロバイダからユーザの回路とデータを保護するために、この研究は量子コンピュータのための信頼できる実行環境のための最初のハードウェアアーキテクチャを提示した。 ユーザの回路とデータを保護するため、量子コンピュータ制御パルスはデコイ制御パルスで隠蔽される。 デジタルデータは暗号化できるが、アナログ制御パルスは不可能であり、本論文ではアナログ制御パルスを難読化するための新しいデコイパルス法を提案する。 提案するデコイパルスはユーザによって容易にソフトウェアに追加できる。 一方、本論文で提案するアーキテクチャのハードウェアコンポーネントは、量子コンピュータの希釈冷凍機内のデコイパルスを量子ビットに到達する前に減衰させる。 ハードウェアアーキテクチャには、信頼性のあるハードウェアとユーザの情報を保護するためのタンパ耐性機能も含まれている。 この研究は、ハードウェア保護の影響と拡張性を分析するために、変動距離の新しいメトリックを活用する。 保護されていない回路と比較して保護された回路の変動距離は0.16$から0.26$の範囲である。 この研究は、悪意のあるクラウドプロバイダからの保護が実現可能であることを示し、提案されたアーキテクチャに必要なハードウェアコンポーネントは今日利用可能である。

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