論文の概要: Local-Data-Hiding and Causal Inseparability: Probing Indefinite Causal Structures with Cryptographic Primitives

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.20543v1
• Date: Tue, 30 Jul 2024 04:54:03 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-31 18:19:06.915317
• Title: Local-Data-Hiding and Causal Inseparability: Probing Indefinite Causal Structures with Cryptographic Primitives
• Title（参考訳）: 局所データ処理と因果不分離性:暗号プリミティブを用いた不確定因果構造探索
• Authors: Sahil Gopalkrishna Naik, Samrat Sen, Ram Krishna Patra, Ananya Chakraborty, Mir Alimuddin, Manik Banik, Pratik Ghosal,
• Abstract要約: 近年の研究では、新しい情報プリミティブとして現れる因果構造における不確定性の可能性が示唆されている。 本研究では,不定因果構造に埋め込まれたエージェントが,特定の因果的背景下で動作しているエージェントよりも優れていることを示す。 本稿では、LBHタスクにそれぞれ役に立たない2つの量子プロセスが一緒に使われる際に有用となる、興味深いスーパーアクティベーション現象を報告する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Formulation of physical theories typically assumes a definite causal structure -- either static or dynamic -- among the set of physical events. Recent studies, however, suggest the possibility of indefiniteness in causal structure, which emerges as a novel information primitive offering advantages in various protocols. In this work, we explore utilities of this new primitive in cryptographic applications. To this aim, we propose a task called local-data-hiding, where a referee distributes encrypted messages among distant parties in such a way that the parties individually remain completely ignorant about the messages, and thus try to decrypt their respective messages through mutual collaboration. As we demonstrate, agents embedded in an indefinite causal structure can outperform their counterparts operating in a definite causal background. Considering the bipartite local-bit-hiding (LBH) task, we establish a strict duality between its optimal success probability and the optimal violation of a causal inequality obtained from the guess-your-neighbour's-input game. This, in turn, provides a way forward to obtain Tsirelson-type bounds for causal inequalities. Furthermore, similar to Peres's separability criterion, we derive a necessary criterion for quantum processes to be useful in the LBH task. We then report an intriguing super-activation phenomenon, where two quantum processes, each individually not useful for the LBH task, become useful when used together. We also analyze the utility of causal indefiniteness arising in classical setups and show its advantages in multipartite variants of the local-data-hiding task. Along with establishing new cryptographic applications our study illuminates various unexplored aspects of causal indefiniteness, and welcomes further studies on this new information primitive.
• Abstract（参考訳）: 物理理論の定式化は、典型的には、物理事象の集合のうち、一定の因果構造(静的か動的か)を仮定する。 しかし、近年の研究は、様々なプロトコルで利点を提供する新しい情報プリミティブとして現れる因果構造の不確定性の可能性を示している。 本研究では,暗号アプリケーションにおけるこの新しいプリミティブの有用性について検討する。 そこで本研究では,遠隔者間で暗号化メッセージの配信を行うローカルデータハイディング(Local-data-hiding)というタスクを提案する。 示すように、不定因果構造に埋め込まれたエージェントは、特定の因果的背景の中で動作しているエージェントよりも優れている。 両部局型ローカルビットハイディング(LBH)タスクを考慮し,その最適成功確率と推定your-ighbour's-inputゲームから得られる因果不平等の最適違反の厳密な双対性を確立する。 これは逆に、因果不等式に対するツィレルソン型境界を得る方法を与える。 さらに、ペレスの分離性基準と同様に、LBHタスクで有用な量子プロセスに必要な基準を導出する。 次に、LBHタスクにそれぞれ役に立たない2つの量子プロセスが一緒に使われる際に有用となる興味深いスーパーアクティベーション現象を報告する。 また、古典的なセットアップで生じる因果不確定性の有用性を解析し、その利点を局所データハイディングタスクのマルチパーティト変種において示す。 新たな暗号応用の確立とともに、我々の研究は因果不確定性の探索されていない様々な側面を照らし、この新しい情報プリミティブに関するさらなる研究を歓迎する。

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