論文の概要: Optimal Mechanisms for Quantum Local Differential Privacy
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.13516v2
- Date: Mon, 25 Nov 2024 22:50:38 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-11-27 13:31:46.283641
- Title: Optimal Mechanisms for Quantum Local Differential Privacy
- Title（参考訳）: 量子局所微分プライバシーのための最適メカニズム
- Authors: Ji Guan,
- Abstract要約: QLDPはパラメータ$epsilon$を使用して、プライバシリークを管理し、個々の量子状態のプライバシを保証する。
量子ノイズの導入は、古典的なシナリオと同様のプライバシー保護を提供する。
量子脱分極ノイズは、QLDPフレームワーク内の最適なユニタリ民営化機構として同定される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.125100225226559
- License:
- Abstract: The exploration of the quantum local differential privacy (QLDP) framework is still in its early stages, primarily conceptual, which poses challenges for its practical implementation in safeguarding quantum state privacy. This paper initiates a comprehensive algorithmic exploration of QLDP to establish a practical and viable QLDP framework for safeguarding quantum state privacy. QLDP utilizes a parameter $\epsilon$ to manage privacy leaks and ensure the privacy of individual quantum states. The optimization of the QLDP value $\epsilon$, denoted as $\epsilon^*$, for any quantum mechanism is addressed as an optimization problem. The introduction of quantum noise is shown to provide privacy protections similar to classical scenarios, with quantum depolarizing noise identified as the optimal unital privatization mechanism within the QLDP framework. Unital mechanisms represent a diverse set of quantum mechanisms that encompass frequently employed quantum noise types. Quantum depolarizing noise optimizes both fidelity and trace distance utilities, which are crucial metrics in the field of quantum computation and information, and can be viewed as a quantum counterpart to classical randomized response methods. Furthermore, a composition theorem is presented for the application of QLDP framework in distributed (spatially separated) quantum systems, ensuring the validity (additivity of QLDP value) irrespective of the states' independence, classical correlation, or entanglement (quantum correlation). The study further explores the trade-off between utility and privacy across different quantum noise mechanisms, including unital and non-unital quantum noise mechanisms, through both analytical and numerically experimental approaches. Meanwhile, this highlights the optimization of quantum depolarizing noise in QLDP framework.
- Abstract（参考訳）: 量子ローカルディファレンシャルプライバシ(QLDP)フレームワークの探索はまだ初期段階であり、主に概念的であり、量子状態のプライバシを保護するための実践的な実装の課題を提起している。
本稿では、量子状態のプライバシを保護するための実用的で実行可能なQLDPフレームワークを確立するために、QLDPの包括的なアルゴリズム探索を開始する。
QLDPはパラメータ$\epsilon$を使用して、プライバシリークを管理し、個々の量子状態のプライバシを保証する。
任意の量子機構に対するQLDP値 $\epsilon$, $\epsilon^*$ の最適化は最適化問題として扱われる。
量子ノイズの導入は、QLDPフレームワーク内の最適なユニタリ民営化メカニズムとして特定された量子偏極ノイズによって、古典的なシナリオと同様のプライバシー保護を提供する。
ユニタリメカニズムは、頻繁に使用される量子ノイズタイプを含む様々な量子メカニズムの集合を表す。
量子非偏極ノイズは、量子計算と情報分野における重要な指標である忠実性とトレース距離ユーティリティの両方を最適化し、古典的なランダム化応答法に匹敵する量子として見ることができる。
さらに、分散量子系におけるQLDPフレームワークの適用に関する合成定理が提示され、状態の独立性、古典的相関、あるいは絡み合い(量子相関)に関係なく、QLDP値の妥当性(加算率)が保証される。
この研究は、分析的および数値実験的アプローチの両方を通じて、単体および非単体量子ノイズ機構を含む様々な量子ノイズメカニズム間の実用性とプライバシのトレードオフについて検討する。
一方、これはQLDPフレームワークにおける量子偏極ノイズの最適化を強調している。
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