論文の概要: Hardware Trojans in Quantum Circuits, Their Impacts, and Defense
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.01552v1
- Date: Fri, 2 Feb 2024 16:44:52 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-25 11:58:26.290904
- Title: Hardware Trojans in Quantum Circuits, Their Impacts, and Defense
- Title（参考訳）: 量子回路におけるハードウェアトロイの木馬とその影響と防御
- Authors: Rupshali Roy, Subrata Das, Swaroop Ghosh,
- Abstract要約: 短い深さと低いゲート数を持つ回路は、より高いゲート数と深さを持つ変種よりも、正しい解を得ることができる。
多くのサードパーティコンパイラは、コンパイル時間の短縮、回路深さの削減、大規模な量子回路のゲート数削減のために開発されている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.089191490381739
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: The reliability of the outcome of a quantum circuit in near-term noisy quantum computers depends on the gate count and depth for a given problem. Circuits with a short depth and lower gate count can yield the correct solution more often than the variant with a higher gate count and depth. To work successfully for Noisy Intermediate Scale Quantum (NISQ) computers, quantum circuits need to be optimized efficiently using a compiler that decomposes high-level gates to native gates of the hardware. Many 3rd party compilers are being developed for lower compilation time, reduced circuit depth, and lower gate count for large quantum circuits. Such compilers, or even a specific release version of a compiler that is otherwise trustworthy, may be unreliable and give rise to security risks such as insertion of a quantum trojan during compilation that evades detection due to the lack of a golden/Oracle model in quantum computing. Trojans may corrupt the functionality to give flipped probabilities of basis states, or result in a lower probability of correct basis states in the output. In this paper, we investigate and discuss the impact of a single qubit Trojan (we have chosen a Hadamard gate and a NOT gate) inserted one at a time at various locations in benchmark quantum circuits without changing the the depth of the circuit. Results indicate an average of 16.18% degradation for the Hadamard Trojan without noise, and 7.78% with noise. For the NOT Trojan (with noise) there is 14.6% degradation over all possible inputs. We then discuss the detection of such Trojans in a quantum circuit using CNN-based classifier achieving an accuracy of 90%.
- Abstract（参考訳）: 近時雑音量子コンピュータにおける量子回路の結果の信頼性は、与えられた問題に対するゲート数と深さに依存する。
短い深さと低いゲート数を持つ回路は、より高いゲート数と深さを持つ変種よりも、正しい解を得ることができる。
Noisy Intermediate Scale Quantum (NISQ) コンピュータで正常に動作するためには、ハードウェアのネイティブゲートへの高レベルゲートを分解するコンパイラを使用して、量子回路を効率的に最適化する必要がある。
多くのサードパーティコンパイラは、コンパイル時間の短縮、回路深さの削減、大規模な量子回路のゲート数削減のために開発されている。
このようなコンパイラ、あるいは信頼性のないコンパイラの特定のリリースバージョンは、信頼性が低く、コンパイル中に量子トロイの木馬が挿入されるなどのセキュリティリスクを引き起こす可能性がある。
トロイの木馬は、基底状態の反転確率を与えるために機能を破損させたり、出力中の正しい基底状態の確率を低下させたりする。
本稿では,回路の深さを変化させることなく,ベンチマーク量子回路の様々な場所で1つの量子ビットトロイの木馬(アダマールゲートとNOTゲートを選択した)が挿入したトロイの木馬の影響について検討・検討する。
その結果、アダマール・トロイの木馬の平均は16.18%、ノイズは7.78%減少していた。
NOTトロイジャンでは(ノイズのある)全ての入力に対して14.6%の劣化がある。
次に、CNNに基づく分類器を用いて、量子回路におけるそのようなトロヤ群の検出について、90%の精度で検討する。
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