論文の概要: Certified Randomness from Quantum Supremacy
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.01625v1
- Date: Thu, 2 Mar 2023 23:28:31 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-06 16:37:44.479133
- Title: Certified Randomness from Quantum Supremacy
- Title（参考訳）: 量子超越性から認定されたランダム性
- Authors: Scott Aaronson, Shih-Han Hung
- Abstract要約: 本稿では、暗号的に認証されたランダムビットを生成するような、短期量子デバイスのためのアプリケーションを提案する。
提案プロトコルは,ランダム回路サンプリングに基づいて,既存の「量子超越性」実験を再利用する。
我々のプロトコルの出力は、計算不能な敵に対しても予測不可能であることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.313318620422295
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We propose an application for near-term quantum devices: namely, generating
cryptographically certified random bits, to use (for example) in proof-of-stake
cryptocurrencies. Our protocol repurposes the existing "quantum supremacy"
experiments, based on random circuit sampling, that Google and USTC have
successfully carried out starting in 2019. We show that, whenever the outputs
of these experiments pass the now-standard Linear Cross-Entropy Benchmark
(LXEB), under plausible hardness assumptions they necessarily contain
$\Omega(n)$ min-entropy, where $n$ is the number of qubits. To achieve a net
gain in randomness, we use a small random seed to produce pseudorandom
challenge circuits. In response to the challenge circuits, the quantum computer
generates output strings that, after verification, can then be fed into a
randomness extractor to produce certified nearly-uniform bits -- thereby
"bootstrapping" from pseudorandomness to genuine randomness. We prove our
protocol sound in two senses: (i) under a hardness assumption called Long List
Quantum Supremacy Verification, which we justify in the random oracle model,
and (ii) unconditionally in the random oracle model against an eavesdropper who
could share arbitrary entanglement with the device. (Note that our protocol's
output is unpredictable even to a computationally unbounded adversary who can
see the random oracle.) Currently, the central drawback of our protocol is the
exponential cost of verification, which in practice will limit its
implementation to at most $n\sim 60$ qubits, a regime where attacks are
expensive but not impossible. Modulo that drawback, our protocol appears to be
the only practical application of quantum computing that both requires a QC and
is physically realizable today.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,暗号的に認証されたランダムビットを生成し,暗号暗号の証明に(例えば)使用する,短期量子デバイスのためのアプリケーションを提案する。
提案プロトコルは,2019年からgoogleとustcが成功裏に実施したランダム回路サンプリングに基づく,既存の「量子超越性」実験を活用している。
これらの実験のアウトプットが現在標準的な線形クロスエントロピーベンチマーク(lxeb)を通過すると、妥当なハードネス仮定の下では、必ず$\omega(n)$ min-エントロピーを持ち、ここで$n$はキュービット数である。
ランダム性のネットゲインを達成するために、小さなランダムシードを用いて疑似ランダムチャレンジ回路を作成する。
チャレンジ回路に応答して量子コンピュータは出力文字列を生成し、検証後にランダムネス抽出器に入力してほぼ一様に近いビットを生成することで、擬似ランダム性から真のランダム性への「ブートストラップ」を行う。
プロトコルの音を2つの感覚で証明します
(i) ランダムオラクルモデルで正当化されるロングリスト量子超越性検証と呼ばれるハードネス仮定の下で
(2) 任意の絡み合いをデバイスと共有できる盗聴者に対してランダムなオラクルモデルで無条件に行う。
(このプロトコルの出力は、ランダムなオラクルを見ることができる計算に縛られない敵に対しても予測不可能である。)
現在、我々のプロトコルの中心的な欠点は指数関数的な検証コストです。これは実際には、その実装を最大$n\sim 60$ qubits(攻撃は高価だが不可能ではない)に制限します。
我々のプロトコルは量子コンピューティングの唯一の実践的応用であり、どちらもQCを必要とし、今日では物理的に実現可能である。
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