Study of Protocols Between Classical Clients and a Quantum Server
Étude des protocoles entre clients classiques et serveur quantique
Résumé
Quantum computers promise surprising powers of computation by exploiting the stunning physical properties of infinitesimally small particles. I focused on designing and proving the security of protocols that allow a purely classical client to use the computational resources of a quantum server, so that the performed computation is never revealed to the server. To this end, I develop a modular tool to generate on a remote server a quantum state that only the client is able to describe, and I show how multi-qubits quantum states can be generated more efficiently. I also prove that there is no such protocol that is secure in a generally composable model of security, including when our module is used in the UBQC protocol. In addition to delegated computation, this tool also proves to be useful for performing a task that might seem impossible to achieve at first sight: proving advanced properties on a quantum state in a non-interactive and non-destructive way, including when this state is generated collaboratively by several participants. This can be seen as a quantum analogue of the classical Non-Interactive Zero-Knowledge proofs. This property is particularly useful to filter the participants of a protocol without revealing their identity, and may have applications in other domains, for example to transmit a quantum state over a network while hiding the source and destination of the message. Finally, I discuss my ongoing independent work on One-Time Programs, mixing quantum cryptography, error correcting codes and information theory.
Les ordinateurs quantiques promettent de surprenantes puissances de calcul en exploitant les étonnantes propriétés de particules infiniment petites. Je m'applique à prouver la sécurité de protocoles permettant à un client purement classique d'utiliser les ressources calculatoires d'un serveur quantique, de manière à ce que le calcul effectué ne soit jamais révélé au serveur. À cette fin, je développe un outil modulaire permettant de générer sur un serveur distant un état quantique que seul le client est en capacité de décrire, et je montre comment on peut générer plus efficacement des états quantiques sur plusieurs qubits. Je prouve également qu'il n'existe pas de protocoles de ce type qui soit sécurisé dans un modèle de sécurité généralement composable, y compris lorsque ce module est utilisé dans le protocole UBQC. Outre le calcul délégué, cet outil s’avère également être utile pour effectuer une tache qui pourrait paraître impossible à réaliser de prime abord: prouver des propriétés avancées sur un état quantique de manière non-interactive (un seul message est envoyé) et non-destructive (l'état quantique reçu est intact), y compris lorsque cet état est généré collaborativement par plusieurs participants. Cette propriété s'avère en particulier utile pour pouvoir filtrer les participants dans un protocole sans révéler leur identité, et peut avoir des applications dans d'autres domaines, par exemple pour transmettre un état quantique sur un réseau tout en cachant la source et la destination du message. Enfin, je discute de mes travaux indépendants en cours sur les programmes à usage unique, mêlant cryptographie quantique, codes correcteurs et théorie de l'information.
Origine : Version validée par le jury (STAR)