論文の概要: Quantum Encrypted Control of Networked Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.03434v1
• Date: Wed, 03 Dec 2025 04:27:39 GMT
• ステータス: 情報取得中
• システム内更新日: 2025-12-04 12:09:46.726884
• Title: Quantum Encrypted Control of Networked Systems
• Title（参考訳）: ネットワークシステムの量子暗号化制御
• Authors: Zihao Ren, Daniel Quevedo, Salah Sukkarieh, Guodong Shi,
• Abstract要約: 量子鍵に基づく線形システムの状態フィードバック制御のための新しい暗号復号アーキテクチャを開発した。 単一のキービットエラーで崩壊する可能性のある古典的な暗号化制御方式とは対照的に、提案した量子暗号化制御は鍵不完全性に対して強い堅牢性を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.098348230722067
• License:
• Abstract: Encrypted control has been extensively studied to ensure the confidentiality of system states and control inputs for networked control systems. This paper presents a computationally efficient encrypted control framework for networked systems enabled by quantum communication. A quantum channel between sensors and actuators is used to generate identical secret keys, whose security is further enhanced through quantum key distribution. These keys enable lightweight encryption and decryption while preserving confidentiality and control accuracy. We develop a novel encryption-decryption architecture for state-feedback control of linear systems based on quantum keys, and characterize the impact of quantum state errors on closed-loop stability. In particular, we establish the existence of a critical threshold on intrinsic quantum noise below which stability is guaranteed. In contrast to classical encrypted control schemes, which may collapse under a single key-bit error, the proposed quantum encrypted control exhibits strong robustness to key imperfections. We further adopt quantization techniques to address the scenarios with limited communication bits in practical situations, and implement privacy protection for quantum keys based on a stochastic quantizer. These results demonstrate that integrating quantum technologies into control systems in a nontrivial and principled manner, even at their current level of maturity, can yield substantial performance gains in reducing computational complexity and improving resilience to key errors while ensuring security against multiple eavesdropping sources.
• Abstract（参考訳）: 暗号化制御は、ネットワーク制御システムのシステム状態と制御入力の機密性を確保するために広く研究されている。 本稿では,量子通信によって実現されたネットワークシステムのための,計算効率のよい暗号化制御フレームワークを提案する。 センサとアクチュエータ間の量子チャネルを使用して、同じ秘密鍵を生成する。 これらのキーは、秘密性と制御の精度を維持しながら、軽量な暗号化と復号化を可能にする。 我々は、量子鍵に基づく線形システムの状態フィードバック制御のための新しい暗号復号アーキテクチャを開発し、クローズドループ安定性に対する量子状態誤差の影響を特徴づける。 特に、安定性が保証される固有量子ノイズに対する臨界しきい値の存在を確立する。 単一のキービットエラーで崩壊する可能性のある古典的な暗号化制御方式とは対照的に、提案した量子暗号化制御は鍵不完全性に対して強い堅牢性を示す。 さらに,現実的な状況において限られた通信ビットでシナリオに対処するための量子化手法を採用し,確率的量子化器に基づく量子鍵のプライバシー保護を実装した。 これらの結果は、量子技術を制御システムに非自明で原則化された方法で統合することで、現在の成熟度においても、計算複雑性を低減し、キーエラーに対するレジリエンスを向上させるとともに、複数の盗聴源に対するセキュリティを確保しながら、大幅な性能向上をもたらすことを実証している。

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