Zephyrnet Logosu

Hesaplamalı varsayımlar altında tek bir kuantum cihazının kendi kendini test etmesi

Tarih:


Tony Metger1 ve Thomas Vidick2

1Teorik Fizik Enstitüsü, ETH Zürih, 8093 Zürih, İsviçre
2Bilgisayar ve Matematik Bilimleri Bölümü, California Teknoloji Enstitüsü, CA 91125, Amerika Birleşik Devletleri

Bu makaleyi ilginç mi buldunuz yoksa tartışmak mı istiyorsunuz? SciRate'e çığlık at veya yorum bırak.

Özet

Kendi kendini test etme, keyfi bir kuantum sistemini yalnızca klasik girdi-çıktı korelasyonlarına dayalı olarak karakterize etmek için bir yöntemdir ve cihazdan bağımsız kuantum bilgi işlemede ve kuantum karmaşıklık teorisinde önemli bir rol oynar. Kendi kendini test etme konusundaki önceki çalışmalar, sistemin durumunun yalnızca yerel ölçümler gerçekleştiren ve iletişim kuramayan birden çok taraf arasında paylaşıldığı varsayımını gerektirir. Burada, uygulamada uygulanması zor olan $textit{birden çok iletişim kurmayan}$ taraf ayarını bir $textit{tek hesaplamayla sınırlı}$ tarafla değiştiriyoruz. Spesifik olarak, klasik bir doğrulayıcının, hesaplamayla sınırlandırılmış tek bir kuantum cihazının, hem cihazın durumuna hem de ölçümlerine uygulanan bir temel değişikliğine kadar bir Bell çifti hazırlaması ve üzerinde tek kübit ölçümler gerçekleştirmesi gerektiğini sağlam bir şekilde onaylamasına izin veren bir protokol oluşturuyoruz. . Bu, hesaplama varsayımları altında, doğrulayıcının, tek bir kuantum cihazı içinde, genellikle iki ayrı alt sistemle yakından ilişkili bir özellik olan dolaşıklığın varlığını onaylayabildiği anlamına gelir. Bunu başarmak için, ilk olarak Brakerski ve diğerleri tarafından tanıtılan teknikleri geliştiriyoruz. (2018) ve Mahadev (2018), klasik bir doğrulayıcının, cihazın kuantum sonrası kriptografiyi bozmadığını varsayarak bir kuantum cihazının eylemlerini kısıtlamasına izin verir.

► BibTeX verileri

► Referanslar

[1] W. Aiello, S. Bhatt, R. Ostrovsky ve SR Rajagopalan. “Herhangi Bir Uzaktan Yordam Çağrısının Hızlı Doğrulanması: NP için Kısa Tanık-Ayırt Edilemez Tek Yuvarlak Kanıtlar”, Otomatlar, Diller ve Programlama – ICALP 2000, Bilgisayar Biliminde Ders Notları, Springer, 463-474 (2000).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​3-540-45022-X_39

[2] G. Alagic, AM Childs, AB Grilo ve S.-H. Asılı. “Kuantum hesaplamanın etkileşimli olmayan klasik doğrulaması”, Preprint (2019). arXiv:1911.08101.
arXiv: 1911.08101

[3] M. Ben-Or, C. Crepeau, D. Gottesman, A. Hassidim ve A. Smith. “(Yalnızca) Sıkı Dürüst Çoğunlukla Güvenli Çok Taraflı Kuantum Hesaplama”, IEEE 47. Yıllık IEEE Bilgisayar Biliminin Temelleri Sempozyumu (FOCS), 249-260 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2006.68

[4] Z. Brakerski, P. Christiano, U. Mahadev, U. Vazirani ve T. Vidick. “Tek Bir Kuantum Aygıtından Bir Kriptografiklik ve Onaylanabilir Rastgelelik Testi”, IEEE 59. Yıllık Bilgisayar Bilimi Temelleri Sempozyumu (FOCS), 320-331 (2018). arXiv:1804.00640v3.
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2018.00038
arXiv: 1804.00640v3

[5] JS Bell. “Einstein Podolsky Rosen paradoksu üzerine”, Fizik Fizik Fizika 1, 195–200 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[6] A. Bouland, B. Fefferman, C. Nirkhe ve U. Vazirani. "Kuantum rastgele devre örneklemesinin karmaşıklığı ve doğrulanması üzerine", Nature Physics 15, 159-163 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-018-0318-2

[7] A. Broadbent ve AB Grilo. “QMA-sertlik tutarlılığı yerel yoğunluk matrisleri ile kuantum sıfır bilgisine uygulamalar”, IEEE 61. Yıllık Bilgisayar Bilimi Temelleri Sempozyumu (FOCS), 196–205 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1109/​FOCS46700.2020.00027

[8] Z. Brakerski, V. Koppula, U. Vazirani ve T. Vidick. “Kuantumun Daha Basit Kanıtları”, Ön Baskı (2020). arXiv:2005.04826.
arXiv: 2005.04826

[9] K. Bharti, M. Ray, A. Varvitsiotis, NA Warsi, A. Cabello ve L.-C. Kwek. “Bağlamsal Olmayan Eşitsizlikler Yoluyla Kuantum Sistemlerinin Güçlü Kendi Kendini Sınaması”, Phys. Rev. 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 ve P. Wallden. “QFactory: Classically-Instructed Remote Secret Qubits Hazırlığı”, 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 ve T. Yamakawa. “Etkili Doğrulayıcı ile Kuantum Hesaplamalarının Klasik Doğrulaması”, Ön Baskı (2019). arXiv:1912.00990.
arXiv: 1912.00990

[12] A. Coladangelo, AB Grilo, S. Jeffery ve T. Vidick. “Doğrulayıcı-on-a-leash: Quasilineer kaynaklarla doğrulanabilir yetki verilmiş kuantum hesaplama için yeni şemalar”, 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. Crépeau, D. Gottesman ve 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 ve V. Scarani. "Bütün saf iki parçalı dolaşık durumlar kendi kendine test edilebilir", Nature Communications 8, 15485 (2017). arXiv:1611.08062.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms15485
arXiv: 1611.08062

[15] R. Colbeck. Güvenli çok partili hesaplama için kuantum ve göreli protokoller, Doktora Tezi, Cambridge Üniversitesi (2006). arXiv:0911.3814.
arXiv: 0911.3814

[16] A. Coladangelo, T. Vidick ve T. Zhang. “Ön işleme ile QMA için etkileşimli olmayan sıfır bilgi argümanları”, Yıllık Uluslararası Kriptoloji Konferansı (CRYPTO), 799-828 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-56877-1_28

[17] Y. Dodis, S. Halevi, RD Rothblum ve 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 ve O. Hatami. “Sonlu grupların yaklaşık temsilleri için ters ve kararlılık teoremleri”, Sbornik: Mathematics 208, 1784 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1070 / SM8872

[19] A. Gheorghiu ve T. Vidick. “Hesaplamalı olarak güvenli ve birleştirilebilir uzak durum hazırlığı”, 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 ve H. Yuen. “${MIP}^*={RE}$”, Ön Baskı (2020). arXiv:2001.04383.
arXiv: 2001.04383

[21] YT Kalai, R. Raz ve RD Rothblum. “Hesaplamaların Devredilmesi: Sinyal Yok Kanıtların Gücü”, 46. Yıllık ACM SIGACT Hesaplama Teorisi Sempozyumu Bildiriler Kitabı (STOC), 485-494 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2591796.2591809

[22] U. Mahadev. “Quantum Computations'ın Klasik Doğrulaması”, IEEE 59th Annual Symposium on Foundations of Computer Science (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 ve R. Arnon-Friedman. “Hesaplamalı varsayımlardan cihazdan bağımsız kuantum anahtar dağılımı”, Preprint (2020). arXiv:2010.04175.
arXiv: 2010.04175

[24] CA Miller ve Y. Shi. “Spot-Checking Protokolünden Rastgelelik Genişlemesi için Evrensel Güvenlik”, SIAM Journal on Computing 46, 1304-1335 (2017). arXiv:1411.6608.
https: / / doi.org/ 10.1137 / 15M1044333
arXiv: 1411.6608

[25] D. Mayers ve A. Yao. “Kendi Kendini Test Eden Kuantum Aparatı”, Kuantum Bilgisi. Bilgisayar. 4, 273-286 (2004). arXiv:quant-ph/​0307205.
arXiv: kuant-ph / 0307205
https: / / dl.acm.org/ doi / 10.5555 / 2011827.2011830

[26] M. McKague, TH Yang ve V. Scarani. “Robust self-testing of the singlet”, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 45, 455304 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​45/​45/​455304

[27] A. Natarajan ve J. Wright. “NEEXP in MIP*”, IEEE 60th Annual Symposium on Foundations of Computer Science (FOCS), 510-518 (2019). arXiv:1904.05870.
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2019.00039
arXiv: 1904.05870

[28] S. Popescu ve D. Rohrlich. “Hangi durumlar Bell'in eşitsizliğini en üst düzeyde ihlal ediyor?”, Physics Letters A 169, 411–414 (1992).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0375-9601(92)90819-8

[29] R. Raz. “Bir paralel tekrar teoremi”, SIAM Journal on Computing 27, 763-803 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795280895

[30] O. Regev. “Kafesler Üzerine, Hatalarla Öğrenme, Rastgele Doğrusal Kodlar ve Kriptografi”, J. ACM 56 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 1568318.1568324

[31] BW Reichardt, F. Unger ve U. Vazirani. “Kuantum sistemlerinin klasik komutu”, Nature 496, 456 (2013). arXiv:1209.0449.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature12035
arXiv: 1209.0449

[32] I. Šupić ve J. Bowles. “Kuantum sistemlerinin kendi kendini test etmesi: bir inceleme”, Preprint (2019). arXiv:1904.10042.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-09-30-337
arXiv: 1904.10042

[33] V. Scarani. Bell Yerel Olmayan, Oxford University Press (2019).

[34] SJ Summers ve R. Werner. “Bell'in eşitsizliklerinin maksimum ihlali kuantum alan teorisinde geneldir”, Communications in Mathematical Physics 110, 247–259 (1987).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01207366

[35] T. Vidick. Dolaşık oyunların karmaşıklığı. Doktora tezi, 2011.
https://​/​digitalassets.lib.berkeley.edu/​etd/​ucb/​text/​Vidick_berkeley_0028E_11907.pdf

[36] U. Vazirani ve T. Vidick. “Sertifikalı Kuantum Zar: Veya Kuantum Düşmanlarına Karşı Güvenli Gerçek Rastgele Sayı Üretimi”, 44. Yıllık ACM SIGACT Bilgi İşlem Teorisi Sempozyumu (STOC), 61-76 (2012). arXiv:1111.6054.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2213977.2213984
arXiv: 1111.6054

[37] T. Vidick ve T. Zhang. “Kuantum bilgisinin klasik kanıtları”, Preprint (2020). arXiv:2005.01691.
arXiv: 2005.01691

[38] M. Wilde. “Klasikten Kuantum Shannon Teorisine”, Baskı Öncesi (2011). arXiv:1106.1445v8.
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316809976.001
arXiv: 1106.1445v8

Alıntılama

[1] Kişor 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 ve Alán Aspuru-Guzik, "Gürültülü orta ölçekli kuantum (NISQ) algoritmaları", arXiv: 2101.08448.

[2] Alexandru Gheorghiu ve Matty J. Hoban, “Sığ devre çıkışlarının entropisini tahmin etmek zordur”, arXiv: 2002.12814.

[3] Thomas Vidick ve Tina Zhang, “Kuantum bilgisinin klasik kanıtları”, arXiv: 2005.01691.

[4] Yu Cai, Baichu Yu, Pooja Jayachandran, Nicolas Brunner, Valerio Scarani ve Jean-Daniel Bancal, "İki alt sistemin herhangi bir tanımı için karışıklık", Fiziksel İnceleme A 103 5, 052432 (2021).

[5] Tony Metger, Yfke Dulek, Andrea Coladangelo ve Rotem Arnon-Friedman, “Hesaplamalı varsayımlardan cihazdan bağımsız kuantum anahtar dağılımı”, arXiv: 2010.04175.

[6] Tomoyuki Morimae, “Güvenilir merkezle kuantum hesaplamanın bilgi-teorik olarak sağlam etkileşimli olmayan klasik doğrulaması”, arXiv: 2003.10712.

[7] Tomoyuki Morimae ve Yuki Takeuchi, “Güvenilir merkez doğrulama modeli ve klasik kanal uzaktan durum hazırlığı”, arXiv: 2008.05033.

[8] Kishor Bharti, Maharshi Ray, Zhen-Peng Xu, Masahito Hayashi, Leong-Chuan Kwek ve Adán Cabello, “Çan Senaryolarında Kendi Kendini Test Etme için Grafik Teorik Çerçeve”, arXiv: 2104.13035.

Yukarıdaki alıntılar SAO / NASA REKLAMLARI (son başarıyla 2021-09-16 17:11:41) güncellendi. Tüm yayıncılar uygun ve eksiksiz alıntı verisi sağlamadığından liste eksik olabilir.

Getirilemedi Alıntılanan veriler son girişim sırasında 2021-09-16 17:11:40: Crossref'ten 10.22331 / q-2021-09-16-544 için belirtilen veriler getirilemedi. DOI yakın zamanda kaydedildiyse bu normaldir.

Plato Ai. Web3 Yeniden Düşünüldü. Güçlendirilmiş Veri Zekası.
Erişmek için buraya tıklayın.

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

spot_img

En Son İstihbarat

spot_img