論文の概要: Quantum Homomorphic Encryption: Towards Practical and Private Computation on Untrusted Quantum Hardware

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.19256v1
• Date: Tue, 21 Apr 2026 09:20:08 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-22 22:41:49.697937
• Title: Quantum Homomorphic Encryption: Towards Practical and Private Computation on Untrusted Quantum Hardware
• Title（参考訳）: 量子同型暗号化:信頼できない量子ハードウェアの実用的でプライベートな計算を目指して
• Authors: Jon Hernández-Bueno, Oscar Lage, Marivi Higuero, Jasone Astorga,
• Abstract要約: 本稿では,量子ワンタイム・パッド方式をベースとした,普遍的な量子準同型暗号フレームワークを提案する。 提案手法は情報理論のセキュリティを維持し,暗号化された量子状態上での幅広い量子演算をサポートする。 この研究は、理論量子同相暗号と短期量子ハードウェアの実践的実現の間のギャップを埋めるための一歩を踏み出した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: As quantum computing matures into a practical paradigm, the need for secure and private quantum computation on untrusted hardware becomes increasingly urgent. While classical fully homomorphic encryption has enabled computation over encrypted data in untrusted environments, a fully homomorphic and practically implementable quantum counterpart remains elusive. In this work, we propose a universal quantum homomorphic encryption (QHE) framework developed from the Quantum One-Time Pad (QOTP) scheme. Our approach (QOTPH) maintains information-theoretic security and supports a broad class of quantum operations on encrypted quantum states through a systematic set of homomorphic gate decompositions and key update rules. By leveraging the symmetric structure of QOTP and exploiting the transformation properties of quantum gates under Pauli encryption, we enable non-interactive homomorphic evaluation of arbitrary circuits expressible in the Clifford+T gate set, as well as controlled and parameterized operations relevant to variational quantum algorithms and delegated computation. We provide a formal specification of the proposed encryption model, detail its implementation procedure, and report the results obtained from both simulated environments and real quantum processors. Experimental validation demonstrates the correctness of the homomorphic operations and the preservation of key secrecy under circuit-level noise and real-device constraints. This work takes a step toward bridging the gap between theoretical quantum homomorphic encryption and practical realization on near-term quantum hardware, offering a scalable and symmetric cryptographic primitive for privacy-preserving quantum computation.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングが実用パラダイムに成熟するにつれて、信頼できないハードウェア上でのセキュアでプライベートな量子計算の必要性がますます高まっている。 古典的な完全準同型暗号は、信頼できない環境での暗号化されたデータに対する計算を可能にしたが、完全に同型で実装可能な量子対位法はいまだ解明されていない。 本研究では,量子ワンタイムパッド(QOTP)方式から開発された量子準同型暗号(QHE)フレームワークを提案する。 我々のアプローチ(QOTPH)は、情報理論のセキュリティを維持し、同相ゲート分解とキー更新規則の体系的なセットを通じて、暗号化量子状態上の幅広い量子操作をサポートする。 パウリ暗号の下でQOTPの対称構造を利用し、量子ゲートの変換特性を活用することにより、クリフォード+Tゲートセットで表現可能な任意の回路の非インタラクティブな準同型評価と、変分量子アルゴリズムやデリゲート計算に関連する制御およびパラメータ化操作を可能にする。 提案する暗号モデルの正式な仕様を提供し、その実装手順を詳述し、シミュレーション環境と実量子プロセッサの両方から得られた結果を報告する。 実験による検証は、回路レベルのノイズと実デバイス制約下での同型演算の正しさと鍵秘密保持を実証する。 この研究は、理論量子同相暗号と短期量子ハードウェアの実践的実現のギャップを埋める第一歩を踏み出し、プライバシー保護量子計算のためのスケーラブルで対称な暗号プリミティブを提供する。

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