针对浅层量子电路的无条件伪随机性

量子计算伪随机性已成为连接复杂性理论、密码学和基础物理学的重要概念。然而,当前所有已知的高效量子安全伪随机结构都依赖于复杂性理论假设。 该研究团队首次构建出针对浅层量子电路类的无条件安全高效伪随机结构,并证明: • 任意量子态2-design都能在以下两类电路中产生无条件伪随机性:1)含任意数量辅助比特的QNC⁰电路;2)含近线性辅助比特的AC⁰∘QNC⁰电路 • 采用4-wise独立函数生成相位的随机相位子空间态,对上述电路类具有无条件伪纠缠特性 • 任意酉2-design可抵御几何局域QNC⁰敌手的并行查询伪随机酉攻击,即使对方具备有限AC⁰后处理能力 该工作关于2-design的不可区分性结果与BQP电路场景下的标准量子伪随机性形成鲜明对比——后者通过超过两次拷贝或查询即可与哈尔随机系综区分。这项研究证明:针对受限敌手的自然类别,量子计算伪随机性可无条件实现,为量子复杂性理论开辟了新方向。

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