論文の概要: Digital signatures with classical shadows on near-term quantum computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.04859v1
• Date: Wed, 04 Feb 2026 18:48:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-05 19:45:11.692283
• Title: Digital signatures with classical shadows on near-term quantum computers
• Title（参考訳）: 量子コンピュータにおける古典的影を用いたデジタル署名
• Authors: Pradeep Niroula, Minzhao Liu, Sivaprasad Omanakuttan, David Amaro, Shouvanik Chakrabarti, Soumik Ghosh, Zichang He, Yuwei Jin, Fatih Kaleoglu, Steven Kordonowy, Rohan Kumar, Michael A. Perlin, Akshay Seshadri, Matthew Steinberg, Joseph Sullivan, Jacob Watkins, Henry Yuen, Ruslan Shaydulin,
• Abstract要約: 古典的通信のみで動作する量子デジタル署名方式を導入する。 公開鍵から秘密鍵を学習する際の予測困難性を支持する理論的および数値的な証拠を提供する。 測定サンプルの数が増えるにつれて、ハードウェアで実証されたプリミティブは量子デジタルシグネチャの実証を実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.102894845357294
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum mechanics provides cryptographic primitives whose security is grounded in hardness assumptions independent of those underlying classical cryptography. However, existing proposals require low-noise quantum communication and long-lived quantum memory, capabilities which remain challenging to realize in practice. In this work, we introduce a quantum digital signature scheme that operates with only classical communication, using the classical shadows of states produced by random circuits as public keys. We provide theoretical and numerical evidence supporting the conjectured hardness of learning the private key (the circuit) from the public key (the shadow). A key technical ingredient enabling our scheme is an improved state-certification primitive that achieves higher noise tolerance and lower sample complexity than prior methods. We realize this certification by designing a high-rate error-detecting code tailored to our random-circuit ensemble and experimentally generating shadows for 32-qubit states using circuits with $\geq 80$ logical ($\geq 582$ physical) two-qubit gates, attaining 0.90 $\pm$ 0.01 fidelity. With increased number of measurement samples, our hardware-demonstrated primitives realize a proof-of-principle quantum digital signature, demonstrating the near-term feasibility of our scheme.
• Abstract（参考訳）: 量子力学は、基礎となる古典暗号とは独立して、セキュリティがハードネスの前提となっている暗号プリミティブを提供する。 しかし、既存の提案では低ノイズの量子通信と長寿命の量子メモリを必要とする。 本研究では,ランダム回路が生成する状態の古典的影を公開鍵として,古典的通信のみで動作する量子デジタル署名方式を提案する。 公開鍵(シャドウ)から秘密鍵(回路)を学習する際の予測困難性を支持する理論的および数値的な証拠を提供する。 提案手法を実現する重要な技術的要素は,従来の手法よりも高い耐雑音性とサンプルの複雑さを実現する改良された状態認証プリミティブである。 この認証は、ランダム回路のアンサンブルに合わせて、高速なエラー検出符号を設計し、$\geq 80$ logical$\geq 582$ physical) 2量子ゲートを持つ回路を用いて32量子状態のシャドウを実験的に生成し、0.90$\pm$ 0.01フィデリティを達成することで実現した。 測定サンプルの数が増えるにつれて、ハードウェアで実証されたプリミティブは量子デジタルシグネチャの証明を実現し、このスキームの短期的実現可能性を示す。

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