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量子电路切割管道的后切元数据推断攻击

量子物理 2026-04-14 v1 新兴技术

摘要

量子电路切割使近期量子设备能够通过将电路分解为可独立运行的片段来执行超出其量子比特容量的工作负载。虽然这扩展了计算范围,但它创造了一个此前未被探索的保密性表面:由半诚实云提供商可观察的片段级执行记录。我们 formalize 了该表面,证明后切记录构成实际的元数据侧信道。仅凭依据提供商可见的编译后电路元数据(片段宽度、深度和两比特门计数),我们评估了跨六个分类目标的结构化推断攻击,涵盖算法身份、切割机制以及粗略哈密顿结构。我们的语料库包含针对八个算法族的 1200 个电路片段,经三个硬件�拓扑编译,验证于一台 156 位量子计算机上,确认 QPU 执行时间在编译深度变化 25 倍时保持不变。 在严格的实例无关泛化下,我们的攻击在算法族恢复率达 0.960(AUC 0.999)、切割机制恢复率达 0.847(AUC 0.924)以及哈密顿 k-局部性恢复率达 0.960(AUC 0.998)。连接性和几何推断在保持稳定性下分别实现 AUC 为 0.986 和 0.942。拓扑推断仍保持在随机水平以上(AUC 0.666)。 matched-footprint 控制和消融研究确认泄露源于结构主导,无法由规模伪影解释。这些结果表明量子电路切割并非保密中性,其元数据泄露应被视为量子云系统中的首要安全 concern。

关键词

引用

@article{arxiv.2604.10592,
  title  = {Post-Cut Metadata Inference Attacks on Quantum Circuit Cutting Pipelines},
  author = {Samuel Punch and Krishnendu Guha and Utz Roedig},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2604.10592},
  year   = {2026}
}

备注

17 Pages