論文の概要: The Hardness of Learning Quantum Circuits and its Cryptographic Applications
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.15343v1
- Date: Mon, 21 Apr 2025 18:00:03 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-01 02:03:17.375988
- Title: The Hardness of Learning Quantum Circuits and its Cryptographic Applications
- Title（参考訳）: 量子回路学習の難しさと暗号応用
- Authors: Bill Fefferman, Soumik Ghosh, Makrand Sinha, Henry Yuen,
- Abstract要約: ランダムな量子回路の出力状態の学習やクローン化に関する具体的な硬さの仮定は、セキュアな量子暗号の基礎として利用できることを示す。
セキュアな一方向ステートジェネレータ(OWSG)、デジタルシグネチャスキーム、量子ビットコミットメント、秘密鍵暗号スキームを構築した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2116854758481395
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We show that concrete hardness assumptions about learning or cloning the output state of a random quantum circuit can be used as the foundation for secure quantum cryptography. In particular, under these assumptions we construct secure one-way state generators (OWSGs), digital signature schemes, quantum bit commitments, and private key encryption schemes. We also discuss evidence for these hardness assumptions by analyzing the best-known quantum learning algorithms, as well as proving black-box lower bounds for cloning and learning given state preparation oracles. Our random circuit-based constructions provide concrete instantiations of quantum cryptographic primitives whose security do not depend on the existence of one-way functions. The use of random circuits in our constructions also opens the door to NISQ-friendly quantum cryptography. We discuss noise tolerant versions of our OWSG and digital signature constructions which can potentially be implementable on noisy quantum computers connected by a quantum network. On the other hand, they are still secure against noiseless quantum adversaries, raising the intriguing possibility of a useful implementation of an end-to-end cryptographic protocol on near-term quantum computers. Finally, our explorations suggest that the rich interconnections between learning theory and cryptography in classical theoretical computer science also extend to the quantum setting.
- Abstract（参考訳）: ランダムな量子回路の出力状態の学習やクローン化に関する具体的な硬さの仮定は、セキュアな量子暗号の基礎として利用できることを示す。
特に、これらの仮定の下で、安全な一方向状態生成器(OWSG)、デジタルシグネチャスキーム、量子ビットコミットメント、秘密鍵暗号スキームを構築します。
また、最もよく知られた量子学習アルゴリズムを解析し、与えられた状態準備オラクルのクローン化と学習のためのブラックボックスの下限を証明し、これらの硬さの仮定の証拠についても論じる。
我々のランダム回路に基づく構造は、一方向関数の存在に依存しない量子暗号プリミティブの具体的なインスタンス化を提供する。
我々の構成におけるランダム回路の使用は、NISQに優しい量子暗号への扉を開く。
我々はOWSGの耐雑音バージョンと、量子ネットワークに接続されたノイズの多い量子コンピュータ上で実装可能なデジタル署名構造について論じる。
一方で、ノイズのない量子敵に対しても安全であり、短期量子コンピュータ上でのエンドツーエンドの暗号プロトコルの有用な実装の興味深い可能性を高めている。
最後に,古典理論計算機科学における学習理論と暗号の相互関係が量子環境にも及んでいることを示唆する。
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