論文の概要: Hardware Fingerprinting FTQC via Quantum Decoder Timing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.12145v1
• Date: Thu, 10 Sep 2026 19:24:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-15 07:38:31.525752
• Title: Hardware Fingerprinting FTQC via Quantum Decoder Timing
• Title（参考訳）: 量子デコーダタイピングによるハードウェアフィンガープリントFTQC
• Abstract要約: この研究は、各デコーダがシンドローム計測と復号ラウンドの処理に要するウォールクロック時間が、物理量子ハードウェア上の新しい、悪用可能なハードウェアサイドチャネルを構成することを示す。 68日間のウィンドウ上で収集された3つのIBM Heronプロセッサからのショット毎のデコーダタイミングを使用することで、デコードタイムの分布だけで、パッシブオブザーバは、ショット毎の検出器とファイリングの分布を再構築することができる。 Googleの105キュービットWilowプロセッサの公開データにインスパイアされたノイズの多いシミュレーションでは、デコーダのタイミングはさらに、チップ上の異なる場所にある9つのサーフェスコードのパッチを81%の精度で区別する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.535958061356368
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: As the quantum computing field transitions toward Fault-Tolerant Quantum Computing (FTQC), intensive efforts are focused on scaling architectures and realizing active error correction. However, this shift introduces security surfaces that remain largely unexplored. Fault-tolerant quantum computers pair a quantum processor with a classical decoder that sits on the critical path of every syndrome-extraction round. For the first time, this work demonstrates that the wall-clock time each decoder takes to process a syndrome measurement and decoding round constitutes a novel, exploitable hardware side channel on physical quantum hardware. Using per-shot decoder timings from three IBM Heron processors collected over a 68-day window, the decode-time distribution alone allows a passive observer to (i) reconstruct the shot-by-shot detector-firing distribution and estimate the workload's logical error rate $p_L$, (ii) infer the code distance in use, and (iii) fingerprint the specific physical device with up to 89% accuracy (a random guess is 33%), with a pooled two-sample Kolmogorov-Smirnov test confirming the decode-time distributions are statistically distinct. In noisy simulation inspired by public data from Google's 105-qubit Willow processor, decoder timing further distinguishes 9 surface-code patches at different locations on the chip with 81% accuracy, showing the side channel persists on below-threshold fault-tolerant hardware from a different vendor and code family.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティング分野がFTQC(Fault-Tolerant Quantum Computing)へと移行するにつれ、アーキテクチャのスケーリングとアクティブなエラー修正の実現に重点が置かれている。 しかし、このシフトは、ほとんど未調査のままのセキュリティ面を導入する。 フォールトトレラントな量子コンピュータは、量子プロセッサと古典的なデコーダをペアにして、すべてのシンドローム抽出ラウンドの臨界経路に位置する。 この研究は、各デコーダがシンドロームの測定と復号ラウンドの処理に要するウォールクロック時間が、物理量子ハードウェア上で新しい、悪用可能なハードウェアサイドチャネルを構成することを初めて示している。 68日間のウィンドウ上で収集された3つのIBM Heronプロセッサのショット単位のデコーダタイミングを使用することで、デコーダタイムの分布だけで受動的オブザーバが利用できる。 一 ショット・バイ・ショット・ディテクター・ファイリング分布の再構成及びワークロードの論理誤差率$p_L$ (ii)使用中のコード距離を推定し、 3) 特定の物理デバイスを最大89%の精度で指紋(ランダムな推定は33%)し、2サンプルのコルモゴロフ=スミルノフ検定によりデコード時間分布が統計的に異なることを確認した。 Googleの105キュービットWilowプロセッサの公開データにインスパイアされたノイズの多いシミュレーションでは、デコーダタイミングにより、チップ上の異なる場所にある9つのサーフェスコードのパッチが81%の精度で識別される。

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