[論文レビュー] Blind Multiparty Quantum Computing

Elham Kashefi, Anna Pappa|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2016

Quantum Computing Algorithms and Architecture参考文献 12被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、測定に基づく量子計算モデルにおける、複数当事者向けの委譲型量子計算プロトコルを提案している。このプロトコルにより、複数のクライアントが量子サーバーに安全に量子計算を委譲しつつ、入力および計算の両方を機密に保てる。エンタングルドリソース状態と測定のみの操作を用いて、複数の当事者間でブレンド計算を実現し、クライアントがユニバーサルな量子能力を備えていなくても安全を確保する。

ABSTRACT

Quantum computing has seen tremendous progress in the past years. However, due to limitations in scalability of quantum technologies, it seems that we are far from constructing universal quantum computers for everyday users. A more feasible solution is the delegation of computation to powerful quantum servers on the network. This solution was proposed in previous studies of Blind Quantum Computation, with guarantees for both the secrecy of the input and of the computation being performed. In this work, we further develop this idea of computing over encrypted data, to propose a multiparty delegated quantum computing protocol in the measurement-based quantum computing framework.

研究の動機と目的

• ユニバーサルな量子コンピュータのスケーラビリティの制限を克服し、遠隔サーバーに量子計算を安全に委譲できるようにすること。
• ブレンド量子計算の概念を複数当事者環境に拡張し、複数のクライアントが同時にプライバシーを保つこと。
• クライアントがユニバーサルな量子操作を実行する必要がないように、入力および計算の秘密を維持するプロトコルを設計すること。
• 測定に基づく量子計算フレームワークを活用し、クライアントの要件を簡素化するとともに、セキュリティ保証を強化すること。

提案手法

• 量子サーバーが事前に準備したエンタングルドリソース状態を、複数のクライアントに配布する。
• クライアントが単一キュービットの準備操作を用いて入力をリソース状態に符号化し、入力の機密性を確保する。
• 計算は、リソース状態上の適応的単一キュービット測定によって実行され、測定基底はクライアントの古典的情報によって決定される。
• 測定結果は古典的にサーバーに送信され、サーバーはクライアントの指示に従って測定を実行する。
• プロトコルにより、サーバーは入力や計算される関数について何らの情報を得ることなく、ブレンド性が保証される。
• このフレームワークにより、複数のクライアントが個々の入力やアルゴリズムを明らかにせずに、共同計算に一貫して貢献できる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数のクライアントが単一の量子サーバーに安全に量子計算を委譲しつつ、入力およびアルゴリズムのプライバシーを保つ方法は何か？
• RQ2 複数当事者環境におけるブレンド計算を達成するために、クライアントに必要な最小限の量子能力は何か？
• RQ3 測定に基づく量子計算モデルを、情報理論的セキュリティを備えた安全な複数当事者計算に拡張可能か？
• RQ4 プロトコルは、サーバーが悪意を持っていても、計算や入力に関する何らの情報も推測できないように保証できるか？
• RQ5 複数のクライアントが共有リソース状態上で共同計算を実行するために必要な通信および調整パターンは何か？

主な発見

• プロトコルは情報理論的セキュリティを備えた安全な複数当事者量子計算を実現し、サーバーが入力や計算される関数について何らの情報を得ることはない。
• クライアントは単一キュービットの準備と測定のみを実行すればよく、ユニバーサルな量子デバイスがなくても実装可能である。
• 共有エンタングルドリソース状態の使用により、複数のクライアントが個々の入力を明らかにせずに共同計算に貢献できる。
• プロトコルはすべての当事者に対してブレンド性を維持しており、たとえサーバーが悪意を持っていても、計算の性質や入力の内容を推測できない。
• このフレームワークは、既存の測定に基づく量子計算モデルと互換性があり、現在の量子ネットワークアーキテクチャへの統合が可能である。
• プロトコルのセキュリティは、リソース状態の構造と測定基底の古典的制御に依存しており、計算の困難性に依存しない。