부분공간 코셋 상태를 위한 일부일처제 얽힘 게임

소스 노드 : 1647529

에릭 컬프1 그리고 토마스 비딕2

1캐나다 오타와대학교 수학통계학과
2미국 캘리포니아 공과 대학 컴퓨팅 및 수학과

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추상

우리는 양자 일회성 패드가 적용된 $mathbb{F}_2^n$의 선형 부분 공간에서 벡터의 균일한 중첩인 부분 공간 코셋 상태에 대한 강력한 일부일처제 얽힘 속성을 설정합니다. 이 속성은 최근에 [Coladangelo, Liu, Liu, and Zhandry, Crypto'21]에 의해 추측되었으며 의사 난수 함수의 복사 방지 및 복제 불가능한 암호 해독에 적용되는 것으로 나타났습니다. 우리는 두 가지 증명을 제시합니다. 하나는 원본 논문의 방법을 직접 따르고 다른 하나는 [Vidick and Zhang, Eurocrypt'20]의 관찰을 사용하여 분석을 BB'84 상태에 기반한 더 간단한 일부일처제 게임으로 축소합니다. 두 증명 모두 궁극적으로 [Tomamichel, Fehr, Kaniewski 및 Wehner, New Journal of Physics '13]에 소개된 동일한 증명 기술에 의존합니다.

양자 얽힘은 고전적으로 불가능한 두 개의 비통신 시스템 사이의 상관 관계를 허용하며, 벨 불평등 또는 비국소 게임을 사용하여 정량화할 수 있는 속성입니다. 당사자가 많을수록 상황은 더 복잡해집니다. 예를 들어 최대 얽힘만큼 강한 상관 관계는 세 양자 시스템 간에는 불가능합니다. 이것은 얽힘의 일부일처제(quantum multipartite correlations)의 강도에 대한 제한의 특별한 경우입니다. 이 속성을 정량화하는 한 가지 방법은 MoE(monogamy-of-entanglement) 게임을 이용하는 것입니다. MoE 게임은 각각 양자 시스템을 보유하고 있지만 통신하지 않는 두 명의 플레이어 Bob과 Charlie가 고정된 동작을 가진 심판 Alice를 상대로 협력하여 플레이합니다. 플레이어는 각각 자신의 로컬 양자 시스템을 사용하여 준비한 상태에서 미리 결정된 가능한 측정 세트에서 무작위로 선택된 Alice의 측정 결과를 동시에 추측할 수 있으면 승리합니다. 얽힘의 일부일처는 최대 승률이 낮을 수 있지만 최대로 얽힌 상태를 사용하면 플레이어 중 하나가 확실하게 결과를 추측할 수 있다는 사실에서 나타납니다.

본 연구에서는 강한 일부일처제 게임이라 불리는 MoE 게임의 승률을 연구한다. 이 게임에서 Alice는 $n$ 비트의 유한 벡터 공간의 선형 부분 공간에서 발생하는 기초인 부분 공간 공동 집합 상태를 기준으로 $n$-큐비트 시스템을 측정합니다. 이 기저의 중요한 특성은 자연스럽게 두 개의 인덱스로 인덱싱된다는 것입니다. 하나는 부분 공간의 공동 집합에 해당하고 다른 하나는 직교 보완의 공동 집합에 해당합니다. 게임에서 이기려면 Bob은 첫 번째 지수만 정확하게 추측하면 되고 Charlie는 두 번째 지수만 맞추면 됩니다. 그럼에도 불구하고 우리는 최적의 승률이 큐비트 수에서 기하급수적으로 작다는 것을 보여줍니다. 경계는 Alice가 기저에서 측정하는 대신 하위 공간 coset 상태를 보내는 게임 버전에도 적용됩니다. 이 버전에는 MoE와 밀접하게 관련된 양자 상태의 복제 금지 속성이 고전적으로 불가능한 보안을 달성하기 위해 악용되는 복제 불가능한 양자 암호화에 대한 응용 프로그램이 있습니다.

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► 참고 문헌

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인용

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[2] Andrea Coladangelo, Jiahui Liu, Qipeng Liu 및 Mark Zhandry, "Hidden Cosets and Applications to Unclonable Cryptography", arXiv : 2107.05692.

[3] Prabhanjan Ananth, Fatih Kaleoglu, Xingjian Li, Qipeng Liu 및 Mark Zhandry, "복제 불가능한 암호화의 타당성 등", arXiv : 2207.06589.

위의 인용은 SAO / NASA ADS (마지막으로 성공적으로 업데이트 됨 2022-09-01 14:26:51). 모든 출판사가 적절하고 완전한 인용 데이터를 제공하지는 않기 때문에 목록이 불완전 할 수 있습니다.

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