सबस्पेस कोसेट राज्यों के लिए एक मोनोगैमी-ऑफ-एंटैंगलमेंट गेम

स्रोत नोड: 1647529

एरिक कल्फ़1 और थॉमस विदिक2

1गणित और सांख्यिकी विभाग, ओटावा विश्वविद्यालय, कनाडा
2कंप्यूटिंग और गणितीय विज्ञान विभाग, कैलिफोर्निया प्रौद्योगिकी संस्थान, यूएसए

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सार

हम सबस्पेस कोसेट राज्यों के लिए एक मजबूत मोनोगैमी-ऑफ-एंटैंगलमेंट प्रॉपर्टी स्थापित करते हैं, जो $mathbb{F}_2^n$ के रैखिक उप-स्थान में वैक्टर के एकसमान सुपरपोजिशन हैं, जिसमें क्वांटम वन-टाइम पैड लागू किया गया है। इस संपत्ति का अनुमान हाल ही में [Coladangelo, Liu, Liu, and Zhandry, Crypto'21] द्वारा लगाया गया था और यह दिखाया गया था कि इसमें छद्म यादृच्छिक कार्यों के गैर क्लोनेबल डिक्रिप्शन और कॉपी-प्रोटेक्शन के लिए आवेदन हैं। हम दो प्रमाण प्रस्तुत करते हैं, एक जो सीधे मूल पेपर की विधि का अनुसरण करता है और दूसरा जो BB'20 राज्यों पर आधारित एक सरल मोनोगैमी गेम के विश्लेषण को कम करने के लिए [विडिक और झांग, यूरोक्रिप्ट'84] के अवलोकन का उपयोग करता है। दोनों प्रमाण अंततः एक ही प्रमाण तकनीक पर निर्भर करते हैं, जिसे [टॉमामिकेल, फेहर, कानिवेस्की और वेनर, न्यू जर्नल ऑफ फिजिक्स '13] में पेश किया गया है।

क्वांटम उलझाव दो गैर-संचार प्रणालियों के बीच सहसंबंधों की अनुमति देता है जो कि शास्त्रीय रूप से असंभव हैं, एक संपत्ति जिसे बेल असमानताओं या गैर-स्थानीय खेलों का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है। अधिक पार्टियां होने पर स्थिति और अधिक उलझ जाती है। उदाहरण के लिए, तीन क्वांटम प्रणालियों के बीच अधिकतम उलझाव जितना मजबूत संबंध संभव नहीं है। यह मोनोगैमी-ऑफ-एंटैंगलमेंट का एक विशेष मामला है - क्वांटम मल्टीपार्टाइट सहसंबंधों की ताकत पर सीमाएं। इस संपत्ति को मापने का एक तरीका मोनोगैमी-ऑफ-एंटैंगलमेंट (एमओई) गेम के माध्यम से है। एक एमओई गेम दो खिलाड़ियों बॉब और चार्ली द्वारा सहकारी रूप से खेला जाता है, जिनमें से प्रत्येक एक क्वांटम सिस्टम रखता है लेकिन संवाद नहीं करता है, एक रेफरी एलिस के खिलाफ, जिसने निश्चित क्रियाएं की हैं। खिलाड़ी जीतते हैं यदि वे दोनों एक साथ एलिस के माप के परिणाम का अनुमान लगा सकते हैं, संभावित माप के पूर्व निर्धारित सेट से यादृच्छिक रूप से चुने गए राज्य पर, प्रत्येक ने अपने स्थानीय क्वांटम सिस्टम का उपयोग करके तैयार किया है। मोनोगैमी-ऑफ-एंटैंगलमेंट इस तथ्य में प्रकट होता है कि अधिकतम जीतने की संभावना कम हो सकती है, जबकि अधिकतम उलझी हुई स्थिति का उपयोग करते हुए, खिलाड़ियों में से कोई एक निश्चितता के साथ परिणाम का अनुमान लगा सकता है।

इस काम में, हम एक MoE गेम की जीतने की संभावना का अध्ययन करते हैं जिसे मजबूत मोनोगैमी गेम कहा जाता है। इस गेम में, ऐलिस अपने $n$-qubit सिस्टम को सबस्पेस कोसेट स्टेट्स के आधार पर मापती है, जो एक आधार है जो $n$ बिट्स के परिमित वेक्टर स्पेस के रैखिक उप-स्थान से उत्पन्न होता है। इस आधार की एक महत्वपूर्ण संपत्ति यह है कि इसे स्वाभाविक रूप से दो सूचकांकों द्वारा अनुक्रमित किया जाता है, एक उप-स्थान के एक कोसेट के अनुरूप होता है और दूसरा इसके ऑर्थोगोनल पूरक के कोसेट के लिए। गेम जीतने के लिए, बॉब को केवल पहली अनुक्रमणिका का सही अनुमान लगाने की आवश्यकता है और चार्ली को केवल दूसरे का अनुमान लगाने की आवश्यकता है। फिर भी, हम दिखाते हैं कि क्विबिट्स की संख्या में इष्टतम जीतने की संभावना तेजी से कम है। बाउंड गेम के एक संस्करण के लिए भी है जहां ऐलिस एक आधार में मापने के बजाय सबस्पेस कोसेट स्टेट्स भेजता है; इस संस्करण में अप्राप्य क्वांटम क्रिप्टोग्राफी के लिए अनुप्रयोग हैं, जहां क्वांटम राज्यों की नो-क्लोनिंग संपत्ति, जो MoE से निकटता से संबंधित है, का उपयोग शास्त्रीय रूप से असंभव सुरक्षा प्राप्त करने के लिए किया जाता है।

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► संदर्भ

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द्वारा उद्धृत

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