論文の概要: Routing Anonymity and Identifiability of Noisy Quantum Hardware

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.05281v1
• Date: Mon, 06 Jul 2026 16:25:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-07 22:26:30.240065
• Title: Routing Anonymity and Identifiability of Noisy Quantum Hardware
• Title（参考訳）: ノイズ量子ハードウェアのルーティング匿名性と識別可能性
• Abstract要約: バックエンド識別ゲームを導入し、ルーティング匿名性を量子クラウドサービスのセキュリティ概念として定式化する。 バックエンドの識別性は仮説テストの問題であり、単一のバックエンドへの受動的アクセスの下では、ルーティング匿名性はチャーノフ速度で指数関数的に減衰することを示す。 また、ユーティリティ匿名のトレードオフを確立し、バックエンド固有の情報をどの程度削除できるかに、その有用性を損なうことなく根本的な制限を課します。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Present-day quantum computing is cloud-based, where a user submits a circuit to a service provider's proprietary backend hardware. While providers may wish to hide implementation details, scheduling choices, or even which physical device was used, noisy finite-shot outputs can carry backend-specific fingerprints: information imprinted in the classical output distribution that can reveal the backend identity. So far, such fingerprints have mostly been studied from a benchmarking perspective, with limited attention to privacy considerations for users and providers. This work develops the first formal framework for backend identifiability and its privacy implications. We introduce a backend-identifiability game and use it to formalise routing anonymity as a security notion for quantum cloud services. We show that backend identifiability is a hypothesis-testing problem and prove that, under passive i.i.d. access to a single backend, routing anonymity decays exponentially at the Chernoff rate. We also establish a utility-anonymity trade-off, imposing fundamental limits on how much backend-specific information can be removed from classical outputs without degrading their usefulness. In addition, we observe that, for noisy quantum hardware, identifying fingerprints are inherently an intermediate-depth phenomenon, and establish a depth principle using Pauli-transfer-matrix tools. We complement the theory with experiments on Amazon Braket on AWS, using ion-trap and superconducting quantum processors. We observe 87-90% classification between superconducting backends and 96-100% classification across physical platforms, and find that identifiability can survive natural forms of post-processing. Overall, these results establish routing anonymity as a distinct security requirement for quantum cloud computing, and provide a framework for quantifying and controlling the utility-anonymity trade-off.
• Abstract（参考訳）: 現在の量子コンピューティングはクラウドベースで、ユーザがサーキットをサービスプロバイダの独自のバックエンドハードウェアに送信する。 プロバイダは実装の詳細やスケジュールの選択、あるいはどの物理デバイスが使用されたのかを隠そうとしますが、ノイズの多い有限ショット出力はバックエンド固有の指紋を持つことができます。 これまでのところ、こうした指紋はほとんどがベンチマークの観点から研究されており、ユーザーやプロバイダーのプライバシーに対する配慮は限られている。 この研究は、バックエンドの識別可能性とそのプライバシーに関する最初の公式なフレームワークを開発する。 バックエンド識別ゲームを導入し、ルーティング匿名性を量子クラウドサービスのセキュリティ概念として定式化する。 バックエンドの識別性は仮説テストの問題であり、単一のバックエンドへの受動的アクセスにおいて、ルーティング匿名性はチャーノフ速度で指数関数的に減衰することを示す。 また、従来の出力からバックエンド固有の情報がどれだけ取り除くことができるか、その有用性を損なうことなく、基本的な制限を課す、ユーティリティ匿名のトレードオフを確立します。 さらに、ノイズの多い量子ハードウェアでは、指紋の識別は本質的に中間深度現象であり、Pauli-transfer-matrixツールを用いて深度原理を確立する。 私たちは、イオントラップと超伝導量子プロセッサを使用して、Amazon Braket on AWSの実験でこの理論を補完します。 超伝導バックエンド間の87-90%の分類と,物理プラットフォーム間の96-100%の分類を観察し,自然形態のポストプロセッシングを生き残ることが確認された。 全体として、これらの結果は、ルーティング匿名性を量子クラウドコンピューティングの明確なセキュリティ要件として確立し、ユーティリティ匿名トレードオフを定量化し、制御するためのフレームワークを提供する。

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