論文の概要: Enigma: Privacy-Preserving Execution of QAOA on Untrusted Quantum Computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.13546v1
• Date: Wed, 22 Nov 2023 17:40:23 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-11-23 14:14:04.060032
• Title: Enigma: Privacy-Preserving Execution of QAOA on Untrusted Quantum Computers
• Title（参考訳）: Enigma: 信頼できない量子コンピュータ上でのQAOAのプライバシ保護実行
• Authors: Ramin Ayanzadeh, Ahmad Mousavi, Narges Alavisamani and Moinuddin Qureshi
• Abstract要約: エニグマ(Enigma)は、プライバシ保存型量子計算方式のスイートである。 量子回路を難読化する従来のSQCスキームとは異なり、エニグマはQAOAの入力問題を変換する。 エニグマのプライバシー改善は、忠実度をわずかに低下させるだけである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6144680854063939
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum computers can solve problems that are beyond the capabilities of conventional computers. As quantum computers are expensive and hard to maintain, the typical model for performing quantum computation is to send the circuit to a quantum cloud provider. This leads to privacy concerns for commercial entities as an untrusted server can learn protected information from the provided circuit. Current proposals for Secure Quantum Computing (SQC) either rely on emerging technologies (such as quantum networks) or incur prohibitive overheads (for Quantum Homomorphic Encryption). The goal of our paper is to enable low-cost privacy-preserving quantum computation that can be used with current systems. We propose Enigma, a suite of privacy-preserving schemes specifically designed for the Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA). Unlike previous SQC techniques that obfuscate quantum circuits, Enigma transforms the input problem of QAOA, such that the resulting circuit and the outcomes are unintelligible to the server. We introduce three variants of Enigma. Enigma-I protects the coefficients of QAOA using random phase flipping and fudging of values. Enigma-II protects the nodes of the graph by introducing decoy qubits, which are indistinguishable from primary ones. Enigma-III protects the edge information of the graph by modifying the graph such that each node has an identical number of connections. For all variants of Enigma, we demonstrate that we can still obtain the solution for the original problem. We evaluate Enigma using IBM quantum devices and show that the privacy improvements of Enigma come at only a small reduction in fidelity (1%-13%).
• Abstract（参考訳）: 量子コンピュータは従来のコンピュータの能力を超えた問題を解決することができる。 量子コンピュータは高価でメンテナンスが難しいため、量子計算を行う典型的なモデルは、回路を量子クラウドプロバイダに送ることである。 これにより、信頼できないサーバが提供された回路から保護された情報を取得できるため、商用エンティティのプライバシの懸念が生じる。 Secure Quantum Computing (SQC) の現在の提案は、新しい技術(量子ネットワークなど)か、禁止的オーバーヘッド(量子同型暗号化)に依存している。 本稿の目的は,現在のシステムで使用可能な低コストなプライバシ保存量子計算を可能にすることである。 我々は,量子近似最適化アルゴリズム(qaoa)用に設計されたプライバシー保護スキームのセットであるenigmaを提案する。 量子回路を難読化する従来のSQC技術とは異なり、エニグマはQAOAの入力問題を変換し、その結果の回路と結果がサーバには理解できない。 エニグマの3つの変種を紹介する。 Enigma-Iはランダム位相反転と値の融合を用いてQAOAの係数を保護する。 enigma-iiは、decoy qubitsを導入することでグラフのノードを保護する。 エニグマIIIはグラフのエッジ情報を保護するため、各ノードが同一数の接続を持つようにグラフを変更する。 エニグマのすべての変種に対して、元の問題の解がまだ得られないことを示す。 我々は、ibm量子デバイスを用いてenigmaを評価し、enigmaのプライバシー改善は、忠実度(1%-13%)がわずかに低下することを示しています。

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