伪造量子数据:经典地击败基于 IQP 的量子测试

伪造量子数据:经典地击败基于 IQP 的量子测试

格雷戈里·D·卡哈那莫库-迈耶

加州大学伯克利分校物理系,伯克利,CA 94720

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抽象

最近,量子计算实验首次超越了经典计算机执行某些计算的能力——这是一个被称为“量子计算优势”的里程碑。 然而,在这些实验中验证量子设备的输出需要极其庞大的经典计算。 展示量子能力的令人兴奋的下一步是通过有效的经典验证来实现量子计算优势的测试,以便可以测试和验证更大的系统尺寸。 有效可验证量子性测试的第一个提议包括将秘密经典位串隐藏在 IQP 类电路内,从而使电路输出分布的样本与秘密相关。 该协议的经典难度得到了直接模拟 IQP 电路很困难的证据的支持,但该协议针对其他(非模拟)经典攻击的安全性仍然是一个悬而未决的问题。 在这项工作中,我们证明该协议不能防止经典伪造。 我们描述了一种经典算法,它不仅可以让验证者相信(经典)证明者是量子的,而且实际上可以提取给定协议实例背后的秘密密钥。 此外,我们表明密钥提取算法在实践中对于数百个量子位的问题规模是有效的。 最后,我们提供了该算法的实现,并给出了原始论文作者在网上发布的“25 美元挑战”背后的秘密向量。

最近的量子采样实验通过执行经典无法重现的计算证明了量子计算的优势。 然而,传统地检查结果至少同样困难,使得直接验证对于最大的实验来说是不可行的。 克服这一挑战的一个候选方案是 2008 年提出的采样协议,该协议承诺进行有效的经典验证,同时保持再现量子设备行为的经典难度。 在这项工作中,我们给出了一种有效的经典算法,该算法通过提取底层密钥来通过验证检查,该密钥甚至应该对真实的量子设备隐藏。 我们的算法使“只有量子设备才能通过检查”的说法无效,从而破坏了该测试作为量子能力演示的有用性。

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