[论文解读] 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 6

一句话总结

本文提出了一种基于测量模型的多方委派量子计算协议，使多个客户端能够安全地将量子计算任务外包给量子服务器，同时保护其输入和计算过程的隐私。该协议利用纠缠资源态和仅测量操作，在多方之间实现盲计算，确保安全性，且无需客户端具备通用量子计算能力。

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.

研究动机与目标

• 通过将量子计算任务安全地委派给远程服务器，解决通用量子计算机的可扩展性限制。
• 将盲量子计算的概念扩展到多方环境，确保多个客户端同时获得隐私保护。
• 设计一种协议，在不需客户端执行通用量子操作的前提下，保持输入和计算过程的机密性。
• 利用测量基量子计算框架，简化客户端要求并增强安全保证。

提出的方法

• 利用量子服务器准备的资源态，该资源态为纠缠态并分发给多个客户端。
• 客户端通过单量子比特制备将输入编码到资源态中，确保输入隐私。
• 通过在资源态上进行自适应的单量子比特测量执行计算，测量基由客户端的经典信息决定。
• 测量结果通过经典通信方式传送给服务器，服务器根据客户端的指令执行测量。
• 该协议确保服务器无法获取任何关于输入或所计算函数的信息，从而保持盲性。
• 该框架允许多个客户端协同贡献于联合计算，而无需暴露其输入或算法。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何使多个客户端在保护其输入和算法隐私的前提下，安全地将量子计算任务委派给单一量子服务器？
• RQ2 在多方环境中实现盲计算，客户端所需的最低量子能力是什么？
• RQ3 测量基量子计算模型能否扩展以支持具有信息论安全性的安全多方计算？
• RQ4 该协议如何确保即使服务器是恶意的，也无法推断出任何关于计算或输入的信息？
• RQ5 多个客户端之间需要怎样的通信与协调模式，才能在共享资源态上联合执行计算？

主要发现

• 该协议实现了具有信息论安全性的安全多方量子计算，确保服务器无法获取任何关于输入或所计算函数的信息。
• 客户端仅需执行单量子比特制备和测量，使得该协议即使在非通用量子设备上也能适用。
• 使用共享纠缠资源态，使多个客户端能够在不暴露各自输入的前提下参与联合计算。
• 该协议在所有参与方之间保持盲性，即即使服务器是恶意的，也无法推断出计算的本质或输入内容。
• 该框架与现有测量基量子计算模型兼容，可无缝集成到当前的量子网络架构中。
• 该协议的安全性仅依赖于资源态的结构以及对测量基的经典控制，而不依赖于计算假设。