論文の概要: Post-Cut Metadata Inference Attacks on Quantum Circuit Cutting Pipelines

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.10592v1
• Date: Sun, 12 Apr 2026 11:51:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-14 20:13:16.123169
• Title: Post-Cut Metadata Inference Attacks on Quantum Circuit Cutting Pipelines
• Title（参考訳）: 量子回路切断パイプラインにおけるポストカットデータ推論攻撃
• Abstract要約: 量子回路切断により、回路を実行可能なフラグメントに分解することで、量子ビット容量を超えるワークロードを、短期的な量子デバイスで実行することができる。 フラグメントレベルの実行トランスクリプトは、半最高級のクラウドプロバイダによって監視可能である。 我々はこの表面を定式化し、ポストカットされた文字起こしが実用的なメタデータ側チャネルを構成することを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.9890357781493595
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum circuit cutting enables near-term quantum devices to execute workloads exceeding their qubit capacity by decomposing circuits into independently runnable fragments. While this extends computational reach, it creates a previously unexplored confidentiality surface: the fragment-level execution transcript observable by a semi-honest cloud provider. We formalise this surface and demonstrate that post-cut transcripts constitute a practical metadata side channel. Operating solely on provider-visible compiled circuit metadata (fragment width, depth, and two-qubit gate count), we evaluate a structured inference attack across six classification objectives spanning algorithm identity, cut mechanism, and coarse Hamiltonian structure. Our corpus comprises 1,200 circuit fragments across eight algorithm families transpiled against three hardware topologies, validated on a 156-qubit production quantum computer confirming that QPU execution time remains invariant across a 25x variation in compiled depth. Under strict instance-disjoint generalisation, our attack recovers algorithm family with 0.960 accuracy (AUC 0.999), cut mechanism with 0.847 accuracy (AUC 0.924), and Hamiltonian k-locality with 0.960 accuracy (AUC 0.998). Connectivity and geometry inference achieve AUC of 0.986 and 0.942 with strong stability under size-holdout. Topology inference remains above chance (AUC 0.666). A matched-footprint control and ablation study confirm leakage is structure-dominated and not explained by scale artefacts. These results demonstrate that circuit cutting is not confidentiality-neutral and that metadata leakage should be treated as a first-class security concern in quantum cloud systems.
• Abstract（参考訳）: 量子回路切断により、回路を独立して実行可能なフラグメントに分解することで、量子ビット容量を超えるワークロードを、短期的な量子デバイスで実行することができる。 これは計算の到達範囲を拡大するが、これまで探索されていなかった機密性サーフェスを生成する。 我々はこの表面を定式化し、ポストカットされた文字起こしが実用的なメタデータ側チャネルを構成することを示す。 プロバイダ可視の回路メタデータ(フラグメント幅,深さ,2量子ゲート数)のみを運用し,アルゴリズムの同一性,カット機構,粗いハミルトン構造にまたがる6つの分類対象に対する構造的推論攻撃を評価する。 我々のコーパスは,3つのハードウェアトポロジに対してトランスパイルされた8つのアルゴリズムファミリーの1200個の回路断片から構成されており,QPUの実行時間が25倍の深さで不変であることを確認する156量子ビットの量子コンピュータ上で検証されている。 厳密なインスタンス分割一般化の下で,攻撃は0.960精度 (AUC 0.999), 0.847精度 (AUC 0.924), 0.960精度 (AUC 0.998), ハミルトンk局所性 (AUC 0.998) でアルゴリズムファミリーを回復する。 接続性と幾何学的推論はAUCを0.986と0.942で達成し、サイズホールドアウトの下では強い安定性を持つ。 トポロジーの推測はAUC 0.666 以上である。 一致したフットプリント制御およびアブレーション研究により、漏洩は構造的に支配され、スケールアーチファクトによって説明されないことが確認された。 これらの結果は、回路切断は機密性中立ではなく、メタデータリークは量子クラウドシステムにおける第一級セキュリティ問題として扱うべきであることを示す。

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