論文の概要: Advanced Attacks On Qubit-Ensemble Based Quantum Coins

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.20243v2
• Date: Tue, 25 Feb 2025 18:05:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-26 19:56:49.683587
• Title: Advanced Attacks On Qubit-Ensemble Based Quantum Coins
• Title（参考訳）: Qubit-Ensembleベースの量子コインの高度な攻撃
• Authors: Bernd Bauerhenne, Lucas Tsunaki, Jan Thieme, Boris Naydenov, Kilian Singer,
• Abstract要約: アンサンブルを持つ複数の異なるトークンは、銀行が発行できる量子コインを実現している。 トークンをコピーする高度な試みは、サブアンサンブルの測定が実行可能であると仮定することができる。 量子コインに量子トークンの量を増やすことで、任意のレベルのセキュリティが得られることを証明した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We present and characterize an ensemble based quantum token protocol that allows for implementing non-clonable tokens containing ensembles of identically prepared qubits. Multiple differently initialized tokens with ensembles are realizing a quantum coin that can be issued by a bank. A sophisticated attempt to copy the token can assume that measurements on sub-ensembles can be carried through and that even individual qubits can be measured. Even though such an advanced attack might be perceived as technically unfeasible, we proof the security of the ensemble based protocol under these conditions and provide detailed expressions on how the quantum coin must be designed to fulfill desired security requirements. We have used realistic parameters of the IBM Quantum Platforms and verified our numerical simulations with experimental data for advanced attacks using brute force optimization, direct inversion tomography, maximum likelihood and Bayesian method. Full message passing interface parallelized source code is provided to allow for adjusting to other hardware platforms. Interestingly, our results deviate from predictions provided by quantum state tomography. This can be attributed to the fact that an attacker's goal is not to get an optimal estimate of an unknown quantum state, but to mislead the bank into accepting the counterfeit quantum coin. Finnally, we prove that an arbitrary level of security can be obtained by adding an increasing amount of quantum tokens into a quantum coin.
• Abstract（参考訳）: 我々は、同じ準備された量子ビットのアンサンブルを含む非クロンブルトークンの実装を可能にするアンサンブルベースの量子トークンプロトコルを提示し、特徴付ける。 アンサンブルを持つ複数の異なる初期化トークンは、銀行が発行できる量子コインを実現している。 トークンをコピーしようとする高度な試みは、サブアンサンブルの測定が実行可能であり、個々のキュービットも測定可能であると仮定することができる。 このような高度な攻撃は技術的には実現不可能であるとみなされるかもしれないが、これらの条件下でのアンサンブルベースのプロトコルのセキュリティを証明し、量子コインが望ましいセキュリティ要件を満たすためにどのように設計されるべきか、詳細な表現を提供する。 我々は、IBM Quantum Platformsの現実的なパラメータを使用し、ブルート力最適化、直接逆トモグラフィー、最大極大度法、ベイズ法による先進攻撃のための実験データを用いて数値シミュレーションを検証した。 完全なメッセージパッシングインターフェース 並列化されたソースコードは、他のハードウェアプラットフォームへの調整を可能にする。 興味深いことに、我々の結果は量子状態トモグラフィーによる予測から逸脱している。 これは、攻撃者の目標は、未知の量子状態の最適推定を得るのではなく、銀行を偽の量子コインを受け入れるように誤解させることにある。 最後に、量子コインに量子トークンの量を増やすことで、任意のレベルのセキュリティが得られることを証明した。

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