実機量子プロセッサ上での量子置換パッド（QPP）実装

概要

本リポジトリ「QPP-Alain-real_QPU」は、量子暗号の一技術である量子置換パッド（Quantum Permutation Pad：QPP）を実際の量子プロセッサユニット（QPU）上で実装・検証するためのJupyterノートブックを提供しています。Qiskitの最新機能であるRuntimeを活用し、2～9量子ビットの実機量子コンピュータやAerシミュレータ上で動作可能なコード群が含まれています。2024年に発表されたChancé氏の論文「Quantum Permutation Pad with Qiskit Runtime」を補完する資料として設計されており、量子暗号の実装例として、研究者や開発者に実践的な知見を提供します。

リポジトリの統計情報

スター数: 1
フォーク数: 0
ウォッチャー数: 1
コミット数: 7
ファイル数: 4
メインの言語: Python

主な特徴

実機量子コンピュータ（QPU）上でのQPPアルゴリズムの実装例を提供
Qiskit RuntimeとAerSimulatorを用いた多様な環境対応（2～9量子ビット）
2024年の関連論文を補完するJupyterノートブック形式の解説とコード
量子置換パッドの概念と実践的利用に焦点を当てた教材的リポジトリ

技術的なポイント

本リポジトリの技術的な特徴は、量子暗号の一種である量子置換パッド（QPP）を、実際の量子ハードウェアであるIBMの量子プロセッサユニット（QPU）上で実装・検証している点にあります。QPPは、従来の置換パッド暗号の量子版と位置付けられ、量子ビットを用いた高セキュリティな暗号化手法として期待されています。

具体的には、Qiskit RuntimeというIBMが提供する量子プログラムの実行環境を活用し、量子回路の高速起動やAPIレスポンスの効率化を図っています。これにより、実機のノイズや遅延といった課題を踏まえつつ、実用的な暗号処理を行うことが可能となっています。

また、Qiskit AerSimulatorを利用することで、ノイズの有無や環境条件を変えたシミュレーションも行え、実機とシミュレータ間の結果比較や検証が容易です。ノートブックは2量子ビットから9量子ビットまで広範囲に対応しており、量子ビット増加に伴う回路設計の複雑化や性能変動を実際に体験できます。

技術面で注目すべきは、実機QPUのノイズ特性を考慮した量子回路最適化と、QPPの暗号的安全性の検証に関する実践的なアプローチです。回路の深さを抑えつつ、量子置換操作を効率よく実装するために、Qiskitの回路合成機能やパラメータ化技術を活用しています。

さらに、本リポジトリは2024年に発表されたChancé氏の論文「Quantum Permutation Pad with Qiskit Runtime」を補完する形で設計されており、論文中の理論的記述に対して具体的なコード例と実行結果を示すことで、量子暗号の学習や研究に役立つ実践的な教材となっています。

これらの要素が組み合わさることで、量子暗号の実用化に向けた第一歩を示す重要なリソースとなっており、量子情報処理技術の発展に寄与しています。

プロジェクトの構成

主要なファイルとディレクトリ：

Certificate of achievement.png: 実装や研究成果の認定証画像ファイル
LICENSE: リポジトリの使用許諾ライセンスファイル
QPP_3_qubits: 3量子ビット用のQPP実装ノートブック等を含むディレクトリ
README.md: プロジェクト概要や使用方法を記載したドキュメントファイル

まとめ

実機QPUでの量子置換パッド実装を具体例付きで示す貴重なリポジトリ。

リポジトリ情報：

名前: QPP-Alain-real_QPU
説明: QPP implementations on real QPUs.
スター数: 1
言語: Python
URL: https://github.com/AlainChance/QPP-Alain-real_QPU
オーナー: AlainChance
アバター: https://avatars.githubusercontent.com/u/43089974?v=4