[论文解读] 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 4

一句话总结

本文提出了一种使用相干态的通用盲量子计算协议，使具备现实量子设备的客户端能够安全地委托量子计算。证明了相干态足以实现任意小安全参数的近似盲态，弥合了理论理想与实际实现之间的差距。

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.

研究动机与目标

• 为解决生成完美随机单量子比特在通用盲量子计算（UBQC）中不切实际的问题。
• 开发一种与相干激光光源兼容的远程盲单量子比特制备协议。
• 将近似盲态的概念形式化，作为对量子态制备不完善性的鲁棒性度量。
• 证明相干态足以实现具有任意安全精度的高效近似盲态。

提出的方法

• 引入近似盲态的概念作为完美盲态的松弛，允许在不完美态制备下进行安全分析。
• 提出一种使用相干态作为输入资源的远程盲单量子比特制备协议。
• 采用量子隐形传态和测量测量技术，在服务器端制备接近随机单量子比特的态。
• 使用相干态作为客户端的输入，利用其在光学量子系统中的实验可行性。
• 通过理想输出态与近似输出态之间的迹距离分析安全性，量化安全参数。
• 证明对于任何期望的安全等级，相干态均可用于实现任意小误差的近似盲态。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以仅使用相干态作为客户端资源，使通用盲量子计算变得实际可行？
• RQ2 如何形式化并量化近似盲态，以评估其对态制备误差的鲁棒性？
• RQ3 是否可以使用相干态远程制备任意接近随机单量子比特的量子态？
• RQ4 客户端实现安全委托量子计算所需的最低量子能力是什么？
• RQ5 在使用相干态的情况下，UBQC的安全性是否能在现实实验不完善条件下得以维持？

主要发现

• 所提出的协议仅使用相干态即可实现通用盲量子计算，这些相干态在当前光学技术下具有实际可行性。
• 近似盲态被形式化定义，并证明其在不完美态制备下是一种可行的安全模型。
• 远程盲单量子比特制备协议使用相干输入，实现了与理想随机单量子比特态任意接近的态。
• 安全参数可被设为任意小，确保对不完善性的高度鲁棒性。
• 已证明相干态足以实现具有任意精度的高效且安全的盲量子计算。
• 该协议在显著降低客户端量子技术要求的同时，保持了UBQC的核心隐私保证。