[論文レビュー] Universal Blind Quantum Computing with Coherent States

Vedran Dunjko, Elham Kashefi+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2011

Quantum Information and Cryptography被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、コherent状態を用いた普遍的ブラインド量子計算プロトコルを導入し、現実的な量子デバイスを備えたクライアントが安全に量子計算を委譲できるようにする。本稿は、任意に小さなセキュリティパラメータを達成できるように、coherent状態が近似的なブラインド性を満たすのに十分であることを証明し、理論的理想と実装の間のギャップを埋める。

ABSTRACT

The recently proposed Universal Blind Quantum Computation (UBQC) protocol allows a client to perform an arbitrary quantum computation on a remote server such that perfect privacy is guaranteed if the client is capable of producing random separable single qubit states. While from a theoretical point of view, this arguably constitutes the lowest possible quantum requirement, from a pragmatic point of view, generation of random single qubits which can be sent along long distances without loss is quite challenging and can never be achieved perfectly. In analogy to the concept of approximate security developed for other cryptographic protocols, we introduce here the concept of approximate blindness for UBQC, allowing us to characterize the robustness of the protocol to possible imperfections. Following this, we present a remote blind single qubit preparation protocol, by which a client with access to realistic quantum devices (such as coherent laser light) can in a delegated fashion prepare quantum states arbitrarily close to perfect random single qubit states. We finally prove that access to coherent states is sufficient to efficiently achieve approximate blindness with arbitrary small security parameter.

研究の動機と目的

• 普遍的ブラインド量子計算（UBQC）のための完全なランダム単一キュービットの生成が現実的でない問題に対処すること。
• コherentレーザー光源と互換性のあるリモートブラインド単一キュービット準備プロトコルを開発すること。
• 量子状態準備の不完全性に対する耐性としての近似的なブラインド性の概念を形式化すること。
• coherent状態が任意のセキュリティ精度で効率的な近似的なブラインド性を達成するのに十分であることを示すこと。

提案手法

• 完全なブラインド性の緩和として近似的なブラインド性の概念を導入し、不完全な状態準備下でのセキュリティ解析を可能にする。
• 入力リソースとしてcoherent状態を用いたリモートブラインド単一キュービット準備プロトコルを提案する。
• サーバー側で、量子テレポーテーションおよび測定基準技術を用いて、ランダム単一キュービットに近い状態を準備する。
• クライアントの入力としてcoherent状態を用い、光学量子系における実験的実現可能性を活用する。
• トレース距離を用いて理想状態と近似状態の出力間の差を分析し、セキュリティパラメータを定量化する。
• 任意の所望のセキュリティレベルに対して、coherent状態を用いて任意に小さい誤差で近似的なブラインド性を達成できることを証明する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クライアントリソースとしてcoherent状態のみを用いて、普遍的ブラインド量子計算を実用化できるか？
• RQ2 近似的なブラインド性はどのように形式的に定義され、状態準備の誤差に対する耐性を評価する指標として用いられるか？
• RQ3 coherent状態を用いて、リモートで理想のランダム単一キュービット状態に任意に近い状態を準備することは可能か？
• RQ4 安全な委譲量子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？
• RQ5 coherent状態を用いることで、現実的な実験的不完全性下でもUBQCのセキュリティを維持できるか？

主な発見

• 提案されたプロトコルにより、現在の光学技術で実現可能なcoherent状態のみを用いて、普遍的ブラインド量子計算が可能になる。
• 近似的なブラインド性が形式的に定義され、不完全な状態準備下でも実用的なセキュリティモデルとして有効であることが示された。
• リモートブラインド単一キュービット準備プロトコルは、coherent入力を用いて、理想のランダム単一キュービット状態に任意に近い状態を達成する。
• セキュリティパラメータを任意に小さくできるため、不完全性に対して高い耐性を示す。
• coherent状態が、任意の精度で効率的かつ安全なブラインド量子計算を達成するのに十分であることが証明された。
• プロトコルはUBQCの本質的なプライバシー保証を維持しつつ、クライアントの量子技術的要件を顕著に低減する。