囚禁离子量子计算机中的穿梭利用攻击及其防御
量子物理
2021-08-03 v1
摘要
囚禁离子（TI）量子比特是量子计算的一项领先技术。具有多个互连陷阱的 TI 系统可以克服超导量子比特固有的硬件连接性问题，并能大规模解决实际问题。随着足够数量量子比特的出现，量子计算机（QC）的多程序模型被提出，允许多个用户共享同一台 QC 进行计算。多程序对量子云提供商很有吸引力，因为它可以最大化设备利用率、吞吐量和云利润。用户也能从较短的等待队列中受益。然而，对量子计算机的共享访问可能产生新的安全问题。本文揭示了共享 TI 系统中的一个此类漏洞，该系统需要穿梭操作来实现陷阱间的通信。重复的穿梭操作会增加量子比特的能量，并降低计算的可靠性（保真度）。我们展示了需要大量穿梭的对抗性程序设计方法。我们提出了一种随机且系统化的对抗程序生成方法。我们的分析表明，穿梭利用攻击可以显著降低受害者程序的保真度，降幅达 2 倍至 63 倍。最后，我们提出了几种对策，例如采用混合初始映射策略、用虚拟量子比特填充受害者程序以及限制最大穿梭次数。
引用
@article{arxiv.2108.01054,
title = {Shuttle-Exploiting Attacks and Their Defenses in Trapped-Ion Quantum Computers},
author = {Abdullah Ash Saki and Rasit Onur Topaloglu and Swaroop Ghosh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.01054},
year = {2021}
}