論文の概要: A Thorough Study of State Leakage Mitigation in Quantum Computing with
One-Time Pad
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.15529v1
- Date: Sun, 28 Jan 2024 00:35:33 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-01-30 17:50:46.839121
- Title: A Thorough Study of State Leakage Mitigation in Quantum Computing with
One-Time Pad
- Title（参考訳）: ワンタイムパッドを用いた量子コンピューティングにおける状態漏洩緩和に関する徹底的研究
- Authors: Chuanqi Xu, Jamie Sikora, Jakub Szefer
- Abstract要約: 量子コンピューティングにおける状態漏洩問題について検討する。
リセット機構の前に古典的および量子的ワンタイムパッドを用いて解を提案する。
本研究は、リセット機構の設計とセキュアな量子コンピューティングシステムについて、新たな視点を提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.353892677735212
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The ability for users to access quantum computers through the cloud has
increased rapidly in recent years. Despite still being Noisy Intermediate-Scale
Quantum (NISQ) machines, modern quantum computers are now being actively
employed for research and by numerous startups. Quantum algorithms typically
produce probabilistic results, necessitating repeated execution to produce the
desired outcomes. In order for the execution to begin from the specified ground
state each time and for the results of the prior execution not to interfere
with the results of the subsequent execution, the reset mechanism must be
performed between each iteration to effectively reset the qubits. However, due
to noise and errors in quantum computers and specifically these reset
mechanisms, a noisy reset operation may lead to systematic errors in the
overall computation, as well as potential security and privacy vulnerabilities
of information leakage. To counter this issue, we thoroughly examine the state
leakage problem in quantum computing, and then propose a solution by employing
the classical and quantum one-time pads before the reset mechanism to prevent
the state leakage, which works by randomly applying simple gates for each
execution of the circuit. In addition, this work explores conditions under
which the classical one-time pad, which uses fewer resources, is sufficient to
protect state leakage. Finally, we study the role of various errors in state
leakage, by evaluating the degrees of leakage under different error levels of
gate, measurement, and sampling errors. Our findings offer new perspectives on
the design of reset mechanisms and secure quantum computing systems.
- Abstract（参考訳）: 近年,ユーザがクラウド経由で量子コンピュータにアクセスする能力は急速に向上している。
現在もNISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum)マシンは存在するが、現代の量子コンピュータは研究や多くのスタートアップに積極的に採用されている。
量子アルゴリズムは一般に確率的結果を生成し、望ましい結果を得るために繰り返し実行する必要がある。
実行が指定された基底状態から毎回開始され、実行前の実行結果がその後の実行結果に干渉しないようにするためには、各イテレーション間でリセット機構を実行し、キュービットを効果的にリセットする必要がある。
しかし、量子コンピュータのノイズやエラー、特にこれらのリセット機構により、ノイズの多いリセット操作は、全体的な計算における体系的なエラーと、情報漏洩の潜在的なセキュリティとプライバシの脆弱性を引き起こす可能性がある。
この問題を解決するために、量子コンピューティングにおける状態リーク問題を徹底的に検討し、リセット機構の前に古典的および量子的ワンタイムパッドを用いて、回路の実行毎に単純なゲートをランダムに施すことによって状態リークを防止する方法を提案する。
さらに、この研究は、リソースが少ない古典的なワンタイムパッドが、状態漏洩を保護するのに十分な条件を探求する。
最後に, ゲートの異なる誤差レベル, 測定値, サンプリング誤差の漏洩度を評価することにより, 状態漏洩における各種誤差の役割について検討した。
本研究は、リセット機構の設計とセキュア量子コンピューティングシステムに関する新たな視点を提供する。
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