論文の概要: Quantum Advantage via Solving Multivariate Quadratics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.14697v1
• Date: Fri, 22 Nov 2024 03:10:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-25 15:03:22.030994
• Title: Quantum Advantage via Solving Multivariate Quadratics
• Title（参考訳）: 多変量四元数解法による量子アドバンテージ
• Authors: Pierre Briaud, Riddhi Ghosal, Aayush Jain, Paul Lou, Amit Sahai,
• Abstract要約: p_i(x_n)=y_i_iin [m]$ over $mathbbF$。 解は高い確率で存在するが、古典的暗号解析に基づく解を見つけることは困難である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.62849227946452
• License:
• Abstract: In this work, we propose a new way to (non-interactively, verifiably) demonstrate Quantum Advantage by solving the average-case $\mathsf{NP}$ search problem of finding a solution to a system of (underdetermined) multivariate quadratic equations over the finite field $\mathbb{F}_2$ drawn from a specified distribution. In particular, we design a distribution of degree-2 polynomials $\{p_i(x_1,\ldots,x_n)\}_{i\in [m]}$ for $m<n$ over $\mathbb{F}_2$ for which we show that there is a quantum polynomial-time algorithm that simultaneously solves $\{p_i(x_1,\ldots,x_n)=y_i\}_{i\in [m]}$ for a random vector $(y_1,\ldots,y_m)$. On the other hand, while a solution exists with high probability, we conjecture that it is classically hard to find one based on classical cryptanalysis that we provide, including a comprehensive review of all known relevant classical algorithms for solving multivariate quadratics. Our approach proceeds by examining the Yamakawa-Zhandry (FOCS 2022) quantum advantage scheme and replacing the role of the random oracle with our multivariate quadratic equations. Our work therefore gives several new perspectives: First, our algorithm gives a counterexample to the conventional belief that generic classically hard multivariate quadratic systems are also quantumly hard. Second, based on cryptanalytic evidence, our work gives an explicit simple replacement for the random oracle from the work of Yamakawa and Zhandry. We show how to instantiate the random oracle with families of just degree two multivariate polynomials over $\mathbb{F}_2$.
• Abstract（参考訳）: 本研究では,与えられた分布から引き出される有限体$\mathbb{F}_2$上の(決定的でない)多変量二次方程式系に対する解を求める平均ケース$\mathsf{NP}$探索問題を解くことによって,量子アドバンテージを(非対話的に,検証的に)証明する新しい方法を提案する。 特に、次数 2 の多項式の分布 $\{p_i(x_1,\ldots,x_n)\}_{i\in [m]}$ for $m<n$ over $\mathbb{F}_2$ を設計し、同時に$\{p_i(x_1,\ldots,x_n)=y_i\}_{i\in [m]}$ をランダムなベクトル $(y_1,\ldots,y_m)$ に対して解く量子多項式時間アルゴリズムが存在することを示す。 一方、解は高い確率で存在するが、古典的な暗号解析に基づく解を見つけることは古典的に難しいと推測する。 提案手法は, 山川-Zhandry (FOCS 2022) 量子アドバンストスキームを検証し, ランダムオラクルの役割を多変量二次方程式に置き換えることによって進行する。 第一に、我々のアルゴリズムは、一般的な古典的にハードな多変量二次系も量子的に難しいという従来の信念に反例を与える。 第二に、暗号解析の証拠に基づいて、我々の研究は、山川とZhandryの業績からランダムなオラクルを明示的に置き換えるものである。 ランダムなオラクルを、$\mathbb{F}_2$ 上のちょうど次数 2 個の多変数多項式の族でインスタンスする方法を示す。

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