論文の概要: Securing HHL Quantum Algorithm against Quantum Computer Attacks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.08010v2
- Date: Mon, 14 Apr 2025 22:51:15 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-16 22:08:20.118642
- Title: Securing HHL Quantum Algorithm against Quantum Computer Attacks
- Title（参考訳）: 量子コンピュータ攻撃に対するHHL量子アルゴリズムのセキュア化
- Authors: Yizhuo Tan, Hrvoje Kukina, Jakub Szefer,
- Abstract要約: この研究は、量子コンピュータ上で実行中の攻撃に対するHHL量子アルゴリズムの確保に焦点を当てている。
HHL アルゴリズムを IIA と HEA から保護するために,本研究では,第一種防衛戦略を提案する。
回路は、シミュレーションと実際のIBM量子コンピュータハードウェアの両方でテストされ、検証されている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.21246966564845
- License:
- Abstract: As the quantum research community expands and new quantum algorithms are created and implemented, it is essential to consider the security implications and potential threats that could lead to the compromise the information processed by them. This work focuses on securing the HHL quantum algorithm against attacks while it executes on a quantum computer. Specifically, two types of potential attacks could be deployed on a cloud-based quantum computer by an attacker circuit attempting to interfere with the victim HHL circuit: the Improper Initialization Attack (IIA) and the Higher Energy Attack (HEA). To protect the HHL algorithm from IIA and HEA, this work proposes first-of-a-kind defense strategies against these attacks on the HHL quantum algorithm. Next, this work demonstrates an implementation of a new quantum circuit for the HHL quantum algorithm that incorporates these defenses. The redesigned quantum circuit is necessary to successfully apply and realize all proposed defense strategies. Finally, this work illustrates how these defense strategies function in practice in the redesigned circuit, specifically how they can protect the HHL quantum algorithm from both IIA and HEA across multiple qubits involving all three types of qubits used in the HHL algorithms: ancilla, clock, and b. The defense requires minimal modification to the circuit, and has only a very small effect on the fidelity of the circuits. The circuits have been tested and validated in both simulation, and also on real IBM quantum computer hardware. The work further analyzes how the modified HHL circuit with the defenses is affected by noise during quantum computation. This work in the end demonstrates that it is practical to add protections to quantum circuits so that they not only perform correct computation, but also self-detect if an attack has occured during the execution.
- Abstract（参考訳）: 量子研究コミュニティが拡大し、新しい量子アルゴリズムが作成され、実装されるにつれて、それらによって処理される情報の妥協につながる可能性のあるセキュリティへの影響と潜在的な脅威を考えることが不可欠である。
この研究は、量子コンピュータ上で実行中の攻撃に対するHHL量子アルゴリズムの確保に焦点を当てている。
具体的には、2種類の潜在的な攻撃がクラウドベースの量子コンピュータに展開され、被害者のHHL回路に干渉しようとする攻撃回路によって、IIA(Improper Initialization Attack)とHEA(Higher Energy Attack)という2種類の攻撃が可能である。
HHL アルゴリズムを IIA と HEA から保護するために,HHL 量子アルゴリズムに対する攻撃に対する第一種防衛戦略を提案する。
次に、これらの防御を組み込んだHHL量子アルゴリズムのための新しい量子回路の実装を示す。
再設計された量子回路は、提案された全ての防衛戦略をうまく適用し、実現するために必要である。
最後に、この研究は、再設計された回路においてこれらの防衛戦略が実際にどのように機能するかを示し、具体的には、HHLアルゴリズムで使用される3種類の量子ビット(アンシラ、クロック、およびb)全てを含む複数の量子ビットにわたって、HHL量子アルゴリズムをIIAとHEAの両方から保護する方法を示す。
防御は回路への最小限の変更を必要とし、回路の忠実度にわずかしか影響しない。
回路は、シミュレーションと実際のIBM量子コンピュータハードウェアの両方でテストされ、検証されている。
この研究は、修正されたHHL回路が量子計算中にノイズによってどのように影響を受けるかをさらに分析する。
この研究は、量子回路に保護を加えることで、正しい計算を行うだけでなく、実行中に攻撃が発生した場合の自己検出も可能であることを実証している。
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