Zephyrnet-logo

Zelftesten van een enkel kwantumapparaat onder computationele aannames

Datum:


Tony Metgers1 en Thomas Vidick2

1Instituut voor Theoretische Fysica, ETH Zürich, 8093 Zürich, Zwitserland
2Afdeling Informatica en Wiskundige Wetenschappen, California Institute of Technology, CA 91125, Verenigde Staten

Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.

Abstract

Zelftesten is een methode om een ​​willekeurig kwantumsysteem te karakteriseren, alleen gebaseerd op de klassieke input-outputcorrelaties, en speelt een belangrijke rol in apparaatonafhankelijke kwantuminformatieverwerking en kwantumcomplexiteitstheorie. Voorafgaande werkzaamheden aan zelftesten vereisen de aanname dat de systeemstatus wordt gedeeld door meerdere partijen die alleen lokale metingen uitvoeren en niet kunnen communiceren. Hier vervangen we de instelling van $textit{meerdere niet-communicerende}$ partijen, die in de praktijk moeilijk af te dwingen is, door een $textit{single computationeel begrensde}$ partij. In het bijzonder construeren we een protocol waarmee een klassieke verificateur robuust kan certificeren dat een enkel computationeel begrensd kwantumapparaat een Bell-paar moet hebben voorbereid en er single-qubit-metingen op moet hebben uitgevoerd, tot een wijziging van de basis die wordt toegepast op zowel de toestand van het apparaat als de metingen . Dit betekent dat de verificateur onder computationele aannames de aanwezigheid van verstrengeling kan certificeren, een eigenschap die gewoonlijk nauw verbonden is met twee gescheiden subsystemen, binnen een enkel kwantumapparaat. Om dit te bereiken, bouwen we voort op technieken die voor het eerst werden geïntroduceerd door Brakerski et al. (2018) en Mahadev (2018), waarmee een klassieke verifier de acties van een kwantumapparaat kan beperken, ervan uitgaande dat het apparaat post-kwantumcryptografie niet doorbreekt.

► BibTeX-gegevens

► Referenties

[1] W. Aiello, S. Bhatt, R. Ostrovsky en SR Rajagopalan. "Snelle verificatie van elke procedureoproep op afstand: korte getuigenissen die niet te onderscheiden zijn van één ronde voor NP", Automata, Languages ​​and Programming - ICALP 2000, Lecture Notes in Computer Science, Springer, 463-474 (2000).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​3-540-45022-X_39

[2] G. Alagic, AM Childs, AB Grilo en S.-H. opgehangen. "Niet-interactieve klassieke verificatie van kwantumberekening", Preprint (2019). arXiv:1911.08101.
arXiv: 1911.08101

[3] M. Ben-Or, C. Crepeau, D. Gottesman, A. Hassidim en A. Smith. "Secure Multiparty Quantum Computation met (slechts) een strikte eerlijke meerderheid", IEEE 47e jaarlijkse IEEE Symposium on Foundations of Computer Science (FOCS), 249-260 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2006.68

[4] Z. Brakerski, P. Christiano, U. Mahadev, U. Vazirani en T. Vidick. "A Cryptographic Test of Quantumness and Certifiable Randomness from a Single Quantum Device", IEEE 59th Annual Symposium on Foundations of Computer Science (FOCS), 320-331 (2018). arXiv:1804.00640v3.
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2018.00038
arXiv: 1804.00640v3

[5] JS Bel. "Op de Einstein Podolsky Rosen-paradox", Physics Physique Fizika 1, 195-200 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[6] A. Bouland, B. Fefferman, C. Nirkhe en U. Vazirani. "Over de complexiteit en verificatie van quantum random circuit sampling", Nature Physics 15, 159-163 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-018-0318-2

[7] A. Broadbent en AB Grilo. "QMA-hardheid van consistentie van lokale dichtheidsmatrices met toepassingen voor kwantum-nulkennis", IEEE 61st Annual Symposium on Foundations of Computer Science (FOCS), 196-205 (2020).
https:/​/​doi.org/10.1109/​FOCS46700.2020.00027

[8] Z. Brakerski, V. Koppula, U. Vazirani en T. Vidick. "Eenvoudigere bewijzen van kwantumheid", Preprint (2020). arXiv:2005.04826.
arXiv: 2005.04826

[9] K. Bharti, M. Ray, A. Varvitsiotis, NA Warsi, A. Cabello en L.-C. Kwek. "Robuuste zelftest van kwantumsystemen via niet-contextualiteitsongelijkheid", Phys. ds. Lett. 122, 250403 (2019). arXiv:1812.07265.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.250403
arXiv: 1812.07265

[10] A. Cojocaru, L. Colisson, E. Kashefi en P. Wallden. "QFactory: Klassiek geïnstrueerde voorbereiding van geheime Qubits op afstand", Advances in Cryptology - ASIACRYPT 2019, Lecture Notes in Computer Science, Springer, 615-645 (2019). arXiv:1904.06303.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-34578-5_22
arXiv: 1904.06303

[11] N.-H. Chia, K.-M. Chung en T. Yamakawa. "Klassieke verificatie van kwantumberekeningen met efficiënte verificatie", Preprint (2019). arXiv:1912.00990.
arXiv: 1912.00990

[12] A. Coladangelo, AB Grilo, S. Jeffery en T. Vidick. "Verifier-on-a-leash: nieuwe schema's voor verifieerbare gedelegeerde kwantumberekening, met quasilineaire bronnen", Advances in Cryptology - EUROCRYPT 2019, Lecture Notes in Computer Science, Springer 11478 LNCS, 247-277 (2019). arXiv:1708.07359.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-17659-4_9
arXiv: 1708.07359

[13] C. Crepeau, D. Gottesman en A. Smith. "Secure Multi-Party Quantum Computation", Proceedings of the 34th Annual ACM Symposium on Theory of Computing, 643-652 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 509907.510000

[14] A. Coladangelo, KT Goh en V. Scarani. "Alle pure bipartiete verstrengelde toestanden kunnen zelf worden getest", Nature Communications 8, 15485 (2017). arXiv:1611.08062.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms15485
arXiv: 1611.08062

[15] R. Colbeck. Kwantum- en relativistische protocollen voor veilige berekening door meerdere partijen, PhD Thesis, University of Cambridge (2006). arXiv:0911.3814.
arXiv: 0911.3814

[16] A. Coladangelo, T. Vidick en T. Zhang. "Niet-interactieve nulkennisargumenten voor QMA, met voorverwerking", jaarlijkse internationale cryptologieconferentie (CRYPTO), 799-828 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-56877-1_28

[17] Y. Dodis, S. Halevi, RD Rothblum en D. Wichs. "Spooky Encryption and Its Applications", Advances in Cryptology - CRYPTO 2016, Lecture Notes in Computer Science, Springer, 93-122 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-662-53015-3_4

[18] WT Gowers en O. Hatami. "Inverse en stabiliteitsstellingen voor benaderende representaties van eindige groepen", Sbornik: Mathematics 208, 1784 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1070 / SM8872

[19] A. Gheorghiu en T. Vidick. "Computationally-secure and composable remote state Preparation", IEEE 60th Annual Symposium on Foundations of Computer Science (FOCS), 1024-1033 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2019.00066

[20] Z. Ji, A. Natarajan, T. Vidick, J. Wright en H. Yuen. “${MIP}^*={RE}$”, Voordruk (2020). arXiv:2001.04383.
arXiv: 2001.04383

[21] YT Kalai, R. Raz en RD Rothblum. "Hoe berekeningen te delegeren: de kracht van geen-signaalbewijzen", Proceedings of the 46th Annual ACM SIGACT Symposium on Theory of Computing (STOC), 485-494 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2591796.2591809

[22] U. Mahadev. "Klassieke verificatie van kwantumberekeningen", IEEE 59e jaarlijkse symposium over fundamenten van computerwetenschappen (FOCS), 259-267 (2018). arXiv:1804.01082v2.
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2018.00033
arXiv: 1804.01082v2

[23] T. Metger, Y. Dulek, A. Coladangelo en R. Arnon-Friedman. "Apparaatonafhankelijke kwantumsleuteldistributie van computationele aannames", Preprint (2020). arXiv:2010.04175.
arXiv: 2010.04175

[24] CA Miller en Y. Shi. "Universal Security for Randomness Expansion from the Spot-Checking Protocol", SIAM Journal on Computing 46, 1304-1335 (2017). arXiv:1411.6608.
https: / / doi.org/ 10.1137 / 15M1044333
arXiv: 1411.6608

[25] D. Mayers en A. Yao. "Zelftest Quantum Apparatus", Quantum Info. Berekenen. 4, 273-286 (2004). arXiv:quant-ph/​0307205.
arXiv: quant-ph / 0307205
https: / / dl.acm.org/ doi / 10.5555 / 2011827.2011830

[26] M. McKague, TH Yang en V. Scarani. "Robuuste zelftest van het singlet", Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 45, 455304 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​45/​45/​455304

[27] A. Natarajan en J. Wright. "NEEXP in MIP *", IEEE 60e jaarlijkse symposium over fundamenten van computerwetenschappen (FOCS), 510-518 (2019). arXiv:1904.05870.
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2019.00039
arXiv: 1904.05870

[28] S. Popescu en D. Rohrlich. "Welke staten schenden de ongelijkheid van Bell maximaal?", Physics Letters A 169, 411-414 (1992).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0375-9601(92)90819-8

[29] R. Raz. "Een parallelle herhalingsstelling", SIAM Journal on Computing 27, 763-803 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795280895

[30] O. Regev. "Over roosters, leren met fouten, willekeurige lineaire codes en cryptografie", J. ACM 56 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 1568318.1568324

[31] BW Reichardt, F. Unger en U. Vazirani. "Klassieke beheersing van kwantumsystemen", Nature 496, 456 (2013). arXiv:1209.0449.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature12035
arXiv: 1209.0449

[32] I. Šupić en J. Bowles. "Zelftesten van kwantumsystemen: een overzicht", Preprint (2019). arXiv:1904.10042.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-09-30-337
arXiv: 1904.10042

[33] V.Scarani. Bell Non-lokaliteit, Oxford University Press (2019).

[34] SJ Summers en R. Werner. "Maximale schending van de ongelijkheden van Bell is generiek in de kwantumveldentheorie", Communications in Mathematical Physics 110, 247-259 (1987).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01207366

[35] T. Vidick. De complexiteit van verstrengelde games. Proefschrift, 2011.
https://​/​digitalassets.lib.berkeley.edu/​etd/​ucb/​text/​Vidick_berkeley_0028E_11907.pdf

[36] U. Vazirani en T. Vidick. "Certifieerbare Quantum Dice: Of, True Random Number Generation Secure against Quantum Adversaries", Proceedings of the 44th Annual ACM SIGACT Symposium on Theory of Computing (STOC), 61-76 (2012). arXiv: 1111.6054.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2213977.2213984
arXiv: 1111.6054

[37] T. Vidick en T. Zhang. "Klassieke bewijzen van kwantumkennis", Preprint (2020). arXiv:2005.01691.
arXiv: 2005.01691

[38] M. Wilde. "Van klassiek tot Quantum Shannon-theorie", Preprint (2011). arXiv:1106.1445v8.
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316809976.001
arXiv: 1106.1445v8

Geciteerd door

[1] Kishor Bharti, Alba Cervera-Lierta, Thi Ha Kyaw, Tobias Haug, Sumner Alperin-Lea, Abhinav Anand, Matthias Degroote, Hermanni Heimonen, Jakob S. Kottmann, Tim Menke, Wai-Keong Mok, Sukin Sim, Leong- Chuan Kwek en Alán Aspuru-Guzik, "Noisy intermediate-scale quantum (NISQ) algoritmen", arXiv: 2101.08448.

[2] Alexandru Gheorghiu en Matty J. Hoban, "Het schatten van de entropie van ondiepe circuituitgangen is moeilijk", arXiv: 2002.12814.

[3] Thomas Vidick en Tina Zhang, "Klassieke bewijzen van kwantumkennis", arXiv: 2005.01691.

[4] Yu Cai, Baichu Yu, Pooja Jayachandran, Nicolas Brunner, Valerio Scarani en Jean-Daniel Bancal, "Verstrengeling voor elke definitie van twee subsystemen", Fysieke beoordeling A 103 5, 052432 (2021).

[5] Tony Metger, Yfke Dulek, Andrea Coladangelo en Rotem Arnon-Friedman, "Apparaatonafhankelijke kwantumsleuteldistributie op basis van computationele aannames", arXiv: 2010.04175.

[6] Tomoyuki Morimae, "Informatie-theoretisch verantwoorde niet-interactieve klassieke verificatie van kwantumcomputers met vertrouwd centrum", arXiv: 2003.10712.

[7] Tomoyuki Morimae en Yuki Takeuchi, "Vertrouwd centrumverificatiemodel en klassieke voorbereiding van de staat op afstand van kanalen", arXiv: 2008.05033.

[8] Kishor Bharti, Maharshi Ray, Zhen-Peng Xu, Masahito Hayashi, Leong-Chuan Kwek en Adán Cabello, "Grafisch-theoretisch kader voor zelftesten in belscenario's", arXiv: 2104.13035.

Bovenstaande citaten zijn afkomstig van SAO / NASA ADS (laatst bijgewerkt met succes 2021-09-16 17:11:41). De lijst is mogelijk onvolledig omdat niet alle uitgevers geschikte en volledige citatiegegevens verstrekken.

Kon niet ophalen Door Crossref geciteerde gegevens tijdens laatste poging 2021-09-16 17:11:40: kon niet geciteerde gegevens voor 10.22331 / q-2021-09-16-544 niet ophalen van Crossref. Dit is normaal als de DOI recent is geregistreerd.

PlatoAi. Web3 opnieuw uitgevonden. Gegevensintelligentie versterkt.
Klik hier om toegang te krijgen.

Bron: https://quantum-journal.org/papers/q-2021-09-16-544/

spot_img

Laatste intelligentie

spot_img