論文の概要: A NISQ-friendly Coined Quantum Walk Algorithm for Chaos-based Cryptographic Applications
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.15030v1
- Date: Thu, 16 Apr 2026 14:01:30 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-17 21:29:31.933654
- Title: A NISQ-friendly Coined Quantum Walk Algorithm for Chaos-based Cryptographic Applications
- Title（参考訳）: カオス型暗号アプリケーションのためのNISQフレンドリーな符号化量子ウォークアルゴリズム
- Authors: Natalie Gibson, Niklas Keckman, Andrea Marchesin, Matti Raasakka, Ilkka Tittonen,
- Abstract要約: 回路深度が$mathcalO(n2+nt)$として$ntimes n$ latticeに対してスケールする新しい不連続交互量子ウォーク(LAQW)アルゴリズムを提案する。
既存の制御型交互量子ウォーク(CAQW)モデルと比較すると,これは顕著な深度低減効果を示す。
これにより、LAQWの実装はNISQ(Noisy Intermediate-scale Quantum)デバイスで実行可能である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We present a novel lackadaisical alternating quantum walk (LAQW) algorithm whose circuit depth scales as $\mathcal{O}(n^2+nt)$ for a $n\times n$ lattice over $t$ time steps. We show that this is a significant depth reduction compared to the existing controlled alternating quantum walk (CAQW) model, which has a circuit depth that scales as $\mathcal{O}(n^2t)$ (Li et al., 2017, arXiv:1707.07389). This makes the implementation of the LAQW viable for Noisy Intermediate-scale Quantum (NISQ) devices. We then showcase the applicability of the LAQW algorithm by proposing a chaos-based symmetric-key generation scheme. Our approach uses the LAQW as a quantum entropy source from which reproducible random bitstring sequences are generated using the underlying probability distribution and subsequent post-processing methods. We provide a comprehensive evaluation of the LAQW algorithm and demonstrate the reproducibility of 128-bit keys under simulated quantum noise provided by IBM's FakeTorino backend. A direct comparison with the CAQW model, which has been used in image encryption and hash function schemes (Li et al., 2017, arXiv:1707.07389; Abd EL-Latif et al., 2020, ScienceDirect; Abd El-Latif, Abd El-Atty, and Venegas-Andraca, 2020, ScienceDirect), highlights the potential and usefulness of the LAQW model in cryptographic applications.
- Abstract（参考訳）: 回路深度を$\mathcal{O}(n^2+nt)$, $n\times n$ lattice over $t$タイムステップでスケールする新しい不連続交互量子ウォーク(LAQW)アルゴリズムを提案する。
回路深度は$\mathcal{O}(n^2t)$ (Li et al , 2017 arXiv:1707.07389) である。
これにより、LAQWの実装はNISQ(Noisy Intermediate-scale Quantum)デバイスで実行可能である。
次に、カオスベースの対称キー生成方式を提案することで、LAQWアルゴリズムの適用性を示す。
提案手法では, LAQW を量子エントロピー源として使用し, 再現可能なランダムビットストリングシーケンスを, 基礎となる確率分布とその後の後処理法を用いて生成する。
我々は、LAQWアルゴリズムの総合評価を行い、IBMのFakeTorinoバックエンドが提供する量子ノイズを模擬した128ビット鍵の再現性を示す。
画像暗号化とハッシュ関数スキーム(Li et al , 2017 arXiv:1707.07389; Abd EL-Latif et al , 2020, ScienceDirect; Abd El-Latif, Abd El-Atty, and Venegas-Andraca, 2020, ScienceDirect)で使用されているCAQWモデルと直接比較することで、暗号アプリケーションにおけるLAQWモデルの可能性と有用性を強調している。
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