論文の概要: Efficient Quantum-Safe Homomorphic Encryption for Quantum Computer Programs
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.21235v1
- Date: Wed, 30 Apr 2025 00:08:43 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-09 22:59:21.907214
- Title: Efficient Quantum-Safe Homomorphic Encryption for Quantum Computer Programs
- Title（参考訳）: 量子コンピュータプログラムのための効率的な量子セーフなホモモルフィック暗号化
- Authors: Ben Goertzel,
- Abstract要約: ホモモルフィック暗号は、合成次数群をモジュール学習誤差格子(MLWE)に置き換えることで量子設定に引き上げられる。
我々は、暗号オラクルへのコヒーレントアクセスを可能にするqIND-CPAゲームでセキュリティを形式化する。
性能解析により、今日のQPUアイドルウィンドウに余分な格子演算が適合していることが分かる。
- 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 a lattice-based scheme for homomorphic evaluation of quantum programs and proofs that remains secure against quantum adversaries. Classical homomorphic encryption is lifted to the quantum setting by replacing composite-order groups with Module Learning-With-Errors (MLWE) lattices and by generalizing polynomial functors to bounded natural super functors (BNSFs). A secret depolarizing BNSF mask hides amplitudes, while each quantum state is stored as an MLWE ciphertext pair. We formalize security with the qIND-CPA game that allows coherent access to the encryption oracle and give a four-hybrid reduction to decisional MLWE. The design also covers practical issues usually left open. A typed QC-bridge keeps classical bits produced by measurements encrypted yet still usable as controls, with weak-measurement semantics for expectation-value workloads. Encrypted Pauli twirls add circuit privacy. If a fixed knowledge base is needed, its axioms are shipped as MLWE "capsules"; the evaluator can use them but cannot read them. A rho-calculus driver schedules encrypted tasks across several QPUs and records an auditable trace on an RChain-style ledger. Performance analysis shows that the extra lattice arithmetic fits inside today's QPU idle windows: a 100-qubit, depth-10^3 teleportation-based proof runs in about 10 ms, the public key (seed only) is 32 bytes, and even a CCA-level key stays below 300 kB. A photonic Dirac-3 prototype that executes homomorphic teleportation plus knowledge-base-relative amplitude checks appears feasible with current hardware. These results indicate that fully homomorphic, knowledge-base-aware quantum reasoning is compatible with near-term quantum clouds and standard post-quantum security assumptions.
- Abstract（参考訳）: 量子プログラムと証明の準同型評価のための格子型スキームを提案する。
古典的ホモモルフィック暗号は、合成次数群をモジュールラーニング・アット・エラー(MLWE)格子に置き換え、多項式関手を有界自然超関手(BNSF)に一般化することによって量子設定に引き上げられる。
秘密の非偏極BNSFマスクは振幅を隠蔽し、各量子状態はMLWE暗号ペアとして格納される。
我々は、暗号オラクルへのコヒーレントなアクセスを可能にし、決定的なMLWEに4つのハイブリッドな還元を与えるqIND-CPAゲームでセキュリティを形式化する。
デザインは、通常開いている実用的な問題もカバーしている。
型付きQCブリッジは、期待値のワークロードに対して弱い測定セマンティクスで、暗号化されながらコントロールとして使用可能な古典的なビットを保持する。
暗号化されたPauli twirlsは、回路のプライバシーを追加します。
固定知識ベースが必要な場合、その公理はMLWEの"カプセル"として出荷される。
rho-calculusドライバは、暗号化されたタスクを複数のQPUでスケジュールし、RChainスタイルの台帳に監査可能なトレースを記録する。
性能解析により、今日のQPUアイドルウィンドウに余分な格子演算が適合していることが示されている: 100-qubit, depth-10^3テレポーテーションベースの証明は約10msで、公開鍵(シードのみ)は32バイト、CCAレベルの鍵は300kB以下である。
準同型テレポーテーションと知識ベース相対振幅チェックを実行するフォトニックなDirac-3プロトタイプは、現在のハードウェアで実現可能である。
これらの結果は、完全同型で知識ベース対応の量子推論が、短期量子雲や標準的な量子後セキュリティ仮定と互換性があることを示唆している。
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