面向安全的多租户量子计算:电路亲和性、串扰模式与分组策略
多租户技术能够提升云端量子计算的吞吐量并降低成本,但并发任务执行会通过电路间串扰引入安全风险。该工作对七台IBM超导处理器(涵盖Heron(r1-r3)与Nighthawk(r1)架构及五种不同电路类型)中这些干扰模式的结构可预测性进行了表征。通过将结构相似性指数(SSIM)与结构t统计量应用于五种基础量子电路(QAOA、Grover算法、QPE、QFT及ZZFeatureMap)的并发执行,该团队评估了成对交互作用,量化了不同硬件间的行为一致性。研究结果识别出三类电路:全局攻击型、全局敏感型及共租户依赖型。攻击型电路(如Grover算法)表现出统计显著的干扰模式,在所有测试配对中,其相对于独立基线的t统计量范围为[1.37, 2.61]。相反,敏感型电路(如量子傅里叶变换)则表现出对多租户执行的异常敏感性,其与单租户计算行为的偏差显著。研究人员证明,串扰特征在同一架构版本内高度一致——版本内相似度达到0.77(Hr3)和0.68(Hr2),而跨版本相似度则降至0.43。此外,该工作还发现重六边形与方格晶格系统之间存在“拓扑解耦”现象,其中Heron r1与Nighthawk r1之间的结构相似度降至0.01。这些发现为硬件感知调度器提供了经验基础,使其能够策略性地配对任务,在最大化系统利用率的同时保持计算完整性。

