该论文系统化地研究了变分量子本征求解器(VQE)的对抗鲁棒性问题。VQE是近期量子硬件上估计分子基态能量的领先算法,广泛应用于量子化学、材料科学和药物发现。随着VQE工作负载通过云端的“VQE即服务”管道部署,它面临来自受损服务组件、恶意共租户或编译栈内鬼的威胁,这些攻击者可在结果到达用户前篡改结果。已有多种针对变分量子电路的攻击,但每项研究都是孤立的:有些针对量子分类器使用基于准确率的指标,有些针对变分量子算法使用能量误差指标。缺乏统一的评估框架使得攻击的相对严重性难以比较,VQE的安全性特征不清晰。本文提出了VQE-AdvBench,这是首个统一的变分量子本征求解器红队基准,在单一评估协议下系统化这些攻击,以严格评估VQE的对抗鲁棒性。作者根据黑盒、灰盒和白盒访问权限对攻击进行分类,并评估了七种代表性攻击场景:QTrojan电路后门、QDoor参数后门、FGSM和PGD的参数空间适应版本,以及三种QNBAD噪声诱导变体。这些攻击在固定分子-拟设-后端-度量配置下,对H2和H3+分子在五个噪声标定的IBM后端上进行评估。结果显示清晰的严重性排序:操纵零噪声外推(ZNE)管线的噪声诱导攻击最具破坏性(误差放大高达8.84倍),其次是QTrojan电路级后门(7.52倍),而QDoor参数级后门效果最差(仅产生边际放大,最多1.37倍)。这项工作为量子计算安全领域提供了首个系统性基准,有助于安全从业者理解VQE管线的攻击面,并为防御策略设计奠定基础。
💡 推荐理由: 量子计算安全是新兴领域,VQE作为近期量子应用的核心算法,其对抗鲁棒性尚未被系统研究。本文首次统一评估了VQE面临的多类攻击,揭示了最危险的攻击向量,为防御者提供了优先级指导。
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