[논문 리뷰] Universal Blind Quantum Computing with Coherent States

Vedran Dunjko, Elham Kashefi외 1명|arXiv (Cornell University)|2011. 08. 29.

Quantum Information and Cryptography인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 코herent 상태를 사용하는 보편적 블라인드 양자 계산 프로토콜을 제안하여, 현실적인 양자 장치를 갖춘 클라이언트가 안전하게 양자 계산을 위탁할 수 있도록 한다. 이는 코herent 상태가 임의로 작은 보안 파rameter를 갖는 근사 블라인드성에 충분함을 증명함으로써 이론적 이상과 실용적 구현 사이의 격차를 메운다.

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.

연구 동기 및 목표

• 보편적 블라인드 양자 계산(UBQC)을 위한 완벽한 무작위 단일 큐비트 생성의 비현실성을 해결하기 위해.
• 코herent 레이저 광원과 호환되는 원격 블라인드 단일 큐비트 준비 프로토콜을 개발하기 위해.
• 양자 상태 준비의 비완전성에 대한 저항력을 측정하기 위한 근사 블라인드성의 개념을 체계화하기 위해.
• 코herent 상태가 임의의 보안 정밀도로 효율적인 근사 블라인드성을 달성하는 데 충분함을 보여주기 위해.

제안 방법

• 완벽한 블라인드성의 이완으로서 근사 블라인드성을 개념화하여, 비완전한 상태 준비 조건 하에서의 보안 분석을 가능하게 한다.
• 입력 자원으로 코herent 상태를 사용하는 원격 블라인드 단일 큐비트 준비 프로토콜을 제안한다.
• 서버 측에서 무작위 단일 큐비트에 가까운 상태를 준비하기 위해 양자 텔레포테이션과 측정 기반 기법을 활용한다.
• 클라이언트의 입력으로 코herent 상태를 사용하여 광학 양자 시스템에서의 실험적 실현 가능성을 활용한다.
• 이deal 상태와 근사 출력 상태 사이의 트레이스 거리 분석을 통해 보안 파rameter를 정량화한다.
• 임의의 원하는 보안 수준에 대해 코herent 상태를 사용하여 임의로 작은 오차로 근사 블라인드성을 달성할 수 있음을 증명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 클라이언트 자원으로 코herent 상태만을 사용하여 보편적 블라인드 양자 계산을 실용적으로 구현할 수 있는가?
• RQ2 상태 준비 오류에 대한 저항력을 평가하기 위해 근사 블라인드성은 어떻게 체계적으로 정의하고 정량화할 수 있는가?
• RQ3 코herent 상태를 사용하여 무작위 단일 큐비트 상태에 임의로 가까운 양자 상태를 원격으로 준비할 수 있는가?
• RQ4 보안적인 위탁 양자 계산을 달성하기 위해 클라이언트가 최소한으로 가져야 할 양자 능력은 무엇인가?
• RQ5 코herent 상태를 사용할 때 현실적인 실험적 비완전성 조건 하에서도 UBQC의 보안성이 유지될 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 프로토콜은 현재 광학 기술으로 실현 가능한 코herent 상태만을 사용하여 보편적 블라인드 양자 계산을 가능하게 한다.
• 근사 블라인드성이 비완전한 상태 준비 조건 하에서 유효한 보안 모델임을 체계적으로 정의하고 입증한다.
• 원격 블라인드 단일 큐비트 준비 프로토콜은 코herent 입력을 사용하여 이상적인 무작위 단일 큐비트 상태에 임의로 가까운 상태를 달성한다.
• 보안 파ram터는 임의로 작게 만들 수 있어 비완전성에 대한 높은 저항력을 확보한다.
• 코herent 상태가 임의의 정밀도로 효율적이고 안전한 블라인드 양자 계산을 달성하는 데 충분함이 증명된다.
• 프로토콜은 UBQC의 핵심 기밀 보장 조건을 유지하면서 클라이언트의 양자 기술 요구 조건을 크게 감소시킨다.