論文の概要: Crosstalk Attacks and Defence in a Shared Quantum Computing Environment
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.02753v1
- Date: Mon, 5 Feb 2024 06:17:26 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-06 17:35:02.190935
- Title: Crosstalk Attacks and Defence in a Shared Quantum Computing Environment
- Title（参考訳）: 共有量子コンピューティング環境におけるクロストーク攻撃と防御
- Authors: Benjamin Harper, Behnam Tonekaboni, Bahar Goldozian, Martin Sevior,
Muhammad Usman
- Abstract要約: クロストークノイズは、IBM量子ハードウェアにおける重大なエラーの原因である。
我々は、回路分離、強化学習によるキュービット割り当て最適化、およびオブザーバ量子ビットを用いたクロストーク効果の緩和戦略を開発する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5890690947925292
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum computing has the potential to provide solutions to problems that are
intractable on classical computers, but the accuracy of the current generation
of quantum computers suffer from the impact of noise or errors such as leakage,
crosstalk, dephasing, and amplitude damping among others. As the access to
quantum computers is almost exclusively in a shared environment through
cloud-based services, it is possible that an adversary can exploit crosstalk
noise to disrupt quantum computations on nearby qubits, even carefully
designing quantum circuits to purposely lead to wrong answers. In this paper,
we analyze the extent and characteristics of crosstalk noise through tomography
conducted on IBM Quantum computers, leading to an enhanced crosstalk simulation
model. Our results indicate that crosstalk noise is a significant source of
errors on IBM quantum hardware, making crosstalk based attack a viable threat
to quantum computing in a shared environment. Based on our crosstalk simulator
benchmarked against IBM hardware, we assess the impact of crosstalk attacks and
develop strategies for mitigating crosstalk effects. Through a systematic set
of simulations, we assess the effectiveness of three crosstalk attack
mitigation strategies, namely circuit separation, qubit allocation optimization
via reinforcement learning, and the use of spectator qubits, and show that they
all overcome crosstalk attacks with varying degrees of success and help to
secure quantum computing in a shared platform.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは、古典的なコンピュータでは難解な問題に対する解決策を提供する可能性があるが、現在の世代の量子コンピュータの精度は、ノイズや漏れ、クロストーク、デフォーカス、振幅減衰といったエラーの影響に悩まされている。
量子コンピュータへのアクセスは、ほとんどクラウドベースのサービスを通じて共有環境内にあるため、敵はクロストークノイズを利用して近くの量子ビットの量子計算を中断し、量子回路を慎重に設計し、意図的に間違った答えを導くことができる。
本稿では,IBM Quantum コンピュータ上でのトモグラフィによるクロストークノイズの広さと特性を分析し,クロストークシミュレーションモデルを改良した。
その結果、クロストークノイズはIBMの量子ハードウェアにおける重大なエラーの原因であり、クロストークベースの攻撃は共有環境における量子コンピューティングの脅威となることが示唆された。
IBMハードウェアに対してベンチマークしたクロストークシミュレータに基づいて、クロストーク攻撃の影響を評価し、クロストーク効果を緩和するための戦略を開発する。
シミュレーションのシステマティックセットを通じて,回路分離,強化学習によるキュービット割り当て最適化,およびオブザーバ量子ビットの利用という3つのクロストーク攻撃緩和戦略の有効性を評価し,それぞれが様々な成功度でクロストーク攻撃を克服し,共有プラットフォームにおける量子コンピューティングの確保を支援することを示す。
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