Exponential separations for one-way quantum communication complexity, with applications to cryptography
我们给出了一个部分布尔函数的单向量子和经典通信协议之间的指数分离（布尔隐藏匹配问题的Bar-Yossef等人的变种）。在此之前，这种指数分离只适用于关系型问题。通信问题对应于针对关于其随机源的少量\emph{quantum}信息而失败的\emph{strong extractor}。我们的证明使用Kahn，Kalai和Linial的傅立叶系数不等式。我们也给出了这种分离的一些应用。特别是，我们表明，有隐私放大计划，是安全的对经典的对手，但不是对量子对手，我们给出了第一个例子的密钥扩展方案的模型中的有界存储密码是安全的对经典的内存有界的对手，但不是对量子的。
2008-02-13 quant-ph
On privacy amplification, lossy compression, and their duality to channel coding
我们从信息论和编码论的角度来研究隐私放大的任务。在前者中，我们给出了一个一次性的特征的最佳速率的隐私放大对经典的对手在最佳的第二类错误的非对称假设检验。这个公式可以很容易地计算，以给出有限块长度的界限，并证明等价于Renner和Wolf [Asiacrypt 2005]以及Watanabe和Hayashi [ISIT 2013]的平滑最小熵界限，以及Yang，Schaefer和Poor [arXiv：1706.03866 [cs.IT]]的$E_γ$发散方面的界限。在后者中，我们表明，基于线性码的隐私放大协议可以很容易地重新用于信道模拟。结合信道模拟和有损信源编码之间的已知关系，这意味着隐私放大可以被理解为信道模拟和有损压缩两者的基本原语。应用于对称信道或有损压缩设置，我们的建设导致proto-promise的最佳速率在渐近i.i.d.极限最后，呼吁信道对偶的概念，最近详细介绍了我们在[IEEE trans.info。理论64，577（2018）]，我们证明了具有量子输出的对称信道的线性纠错码可以转换为用于从双信道产生的经典变量的线性有损信源编码方案。这解释了Martinian和Yedidia [Allerton 2003; arXiv：cs/0408008]观察到的（自对偶）擦除信道的这些问题中的“奇怪的对偶性”，并且部分地预期了关于通过极性和低密度生成矩阵码的最佳有损压缩的最近…
2018-05-14 cs.IT math.IT quant-ph
Practical No-Signalling proof Randomness Amplification using Hardy paradoxes and its experimental implementation
设备无关（DI）安全是量子密码的最佳形式，提供基于自然法则的信息理论安全。在其最高形式中，安全性是有保证的，只受到相对论的非超光速信号规则的限制。随机性放大的任务，从弱随机种子开始生成安全的完全均匀的比特，是密码学和基础的兴趣，对于生成密码学安全的随机数以及将深度连接到自由意志的存在是重要的。到目前为止，用于这一基本任务的DI无信号证明协议依赖于称为伪心灵感应游戏的非定域性的深奥证明，复杂的多方设置或高维量子系统，并且仍然无法实现实验实现。在本文中，我们构建了第一个实际相关的无信令证明DI协议的随机性放大的基础上，最简单的贝尔非局域性的证明，并说明他们在量子光学设置使用偏振光子的实验实现。从技术上讲，我们将这个问题与哈代悖论的广阔领域联系起来，如果没有哈代悖论，就不可能在最简单的贝尔非局域性场景中实现任意弱源的放大，该场景由两个二进制输入之间的两个选择组成。此外，我们确定了著名的Kochen-Specker定理的证明和哈代悖论，使我们能够构建哈代悖论与非零概率采取任何值在$(0,1]$之间的深刻联系。我们的方法使我们能够在实验的公平采样假设下，从最初的私人随机源$0.1$远离均匀的实验数据收集的$20$小时中实现高达$25$位的随机性。
2020-09-23 quant-ph
Semi-device-independent full randomness amplification based on energy bounds
量子贝尔非定域性允许设计协议，放大公共和任意偏见的Santha-Vazirani源的随机性，这是一个经典的不可能的任务。这些协议中的信息理论安全性以设备无关的方式进行认证，即仅从观察到的非本地统计数据中进行认证，而不对介入设备的内部工作进行任何假设。另一方面，如果一个人愿意相信协议设备的完整量子力学描述，那么在一对相互无偏的基础上交替测量量子位的基本方案，直截了当地说，就是随机性放大的协议。在这项工作中，我们研究了未探索的中间地带。我们证明了完全的随机性放大可以实现，而不需要纠缠或干预量子态和测量的完整表征。基于在[Van Himbeeck等人，量子1，33（2017）]，我们的测量和测量协议能够放大任何公共Santha-Vazirani源的随机性，需要尽可能少的输入和结果，并对量子对手安全。
2021-08-20 cs.CR quant-ph
Certified randomness amplification by dynamically probing remote random quantum states
研究在Quantinuum Helios量子处理器上动态探测远程纠缠态，实现跨网络的认证随机性放大，在64量子比特随机电路上达0.586保真度，将低熵不完美随机源转化为近乎完美的随机性。
2025-11-05 quant-ph
Optimal Second-Order Rates for Quantum Soft Covering and Privacy Amplification
研究了针对量子边信息的量子软覆盖和隐私放大问题。前一个任务的目标是通过从先验分布中采样并查询量子信道来近似量子态。后一项任务旨在提取统一和独立的随机性来对抗量子对手。对于这两个任务，我们使用跟踪距离来衡量处理状态和理想目标状态之间的接近程度。我们表明，实现$\varepsilon$覆盖的最小数量的样本是由$(1-\varepsilon)$ -假设检验信息（与额外的对数加法项），而最大的可提取的随机性的$\varepsilon$秘密提取器的特征在于由条件$(1-\varepsilon)$ -假设检验熵。当执行独立且相同的任务重复时，我们的一次性特征会导致上述运算量的严格渐进展开。我们建立了它们的二阶速率，分别由量子互信息方差和量子条件信息方差给出。此外，我们的结果扩展到中等偏差制度，这是最佳的渐近速率时，迹距离消失在亚指数速度。我们的证明技术是直接分析的轨迹距离没有平滑。
2022-02-23 cs.CR cs.IT math.IT
Amplifying the randomness of weak sources correlated with devices
到目前为止，在假设随机性的弱源与放大过程中使用的（量子）设备不相关的情况下，研究了针对无信号对手的设备无关的随机性放大问题。在这项工作中，我们放松了这一假设，并重新考虑了Colbeck和Renner使用Santha-Vazirani（SV）源的原始协议。为此，我们引入了一个类似SV的条件的设备，即任何SV源位串保持弱随机条件下的任何其他位串从同一SV源和输出时，得到这个进一步的字符串输入到设备。假设这个条件下，我们表明，一个量子设备使用~单态违反链式贝尔不等式导致完全随机性的渐近情况下，大量的设置，为一组有限的SV源（与$0 \leq \varepsilon < (2^{(1/12)} - 1)/(2(2^{(1/12)} + 1)) \approx 0.0144$）。我们还研究了一个独立于设备的协议，该协议允许在协议中使用的盒子序列和SV源位之间的相关性，用于选择特定的盒子，从其输出的随机性获得。假设设备的SV-样条件，我们表明，诚实的一方可以实现放大的弱源，参数范围$0 \leq \varepsilon<0.0132$，对一类攻击作为混合物的产品盒序列，由极端无信令盒，具有额外的对称条件。针对这类攻击提供了可组合的安全性证明。
2018-11-13 quant-ph
Noisy channel coding via privacy amplification and information reconciliation
我们表明，无论是经典或量子信道的公共或私人信息的噪声信道编码的最佳协议可以直接从两个更原始的信息理论工具：隐私放大和信息和解，也被称为数据压缩边信息。我们这样做的一次性方案的无结构的资源，并制定我们的结果在光滑的最小和最大熵。在经典信息论的背景下，这表明，基本上所有的双端协议可以减少到这两个原语，这反过来又分别由平滑的最小熵和最大熵。在量子信息理论的背景下，最近建立的这两个协议的对偶性意味着基本上所有的双端协议都可以只用一个原语来构建。
2012-03-24 cs.IT math.IT quant-ph
Weak measurement combined with quantum delayed-choice experiment and implementation in optomechanical system
弱测量[1，19]与使用量子分束器而不是分束器的量子延迟选择实验相结合，产生了令人惊讶的放大效应，即，反直觉的负放大效应。我们指出这种效应是由于系统的波和粒子行为引起的，由于系统和量子分束器中的辅助系统的纠缠，不能用半经典波动理论解释。利用量子力学中关于波粒二象性的放大机制，我们提出了一种在光机系统中实现弱测量的方案。
2015-09-02 cond-mat.quant-gas cs.IT math.IT
The duality-character Solution-Information-Carrying (SIC) unitary propagators
HSSS量子搜索过程具有双重性，即它既服从幺正量子动力学，又服从非结构化搜索问题的代数逻辑原理。它本质上不同于传统的量子搜索算法。它是利用非结构化搜索问题的二元字符预言运算构造的。它包括两个连续的步骤：（1）搜索空间动力学约化和（2）动力学量子态差放大（QUANSDAM）。QUANSDAM过程直接用SIC酉传播子构造，而后者每个都用基本SIC酉算子准备。本文从基本的SIC幺正传播子出发，具体地进行了单原子系统SIC幺正传播子的制备。量子系统的SIC幺正传播子可以反映量子系统的量子对称性，而基本的SIC幺正算符则不能。在量子计算加速比理论中，量子对称性被认为是量子计算加速比的基本来源。制备的目的最终是利用量子对称性来加速QUANSDAM过程。制备是一个溶液-信息传递过程。它是统一的和决定性的。它服从信息守恒定律。在方法论上，它基于能量本征函数展开和多量子算符代数空间。进一步，建立了一个以Feynman路径积分技术和能量本征函数展开方法为主要基础的一般理论，从理论上处理和计算了任意量子系统在坐标表象下的SIC幺正传播子，这一理论可进一步用于从理论上构造未来的指数型QUANSDAM过程.
2020-12-26 quant-ph
Quantum Measurement Adversary
本文提出量子测量敌手 qm-adv 与量子通信敌手 qc-adv，统一现有量子多源敌手模型，并证明内积提取器、抗量子 non-malleable-extractor 及弱源隐私放大协议的安全性。
2023-06-06 cs.CR quant-ph
Optimal Quantum Differential Privacy via Fisher Information Spectral Analysis
Kwame Nkrumah University of Science and Technology（夸梅·恩克鲁玛科技大学）
本文利用量子Fisher信息度量建立几何感知的量子差分隐私框架，通过方向相关噪声替代各向同性退极化噪声，实现最优隐私保护与效用权衡。
2026-07-14 cs.CR quant-ph
On the Second-Order Asymptotics of the Partially Smoothed Conditional Min-Entropy & Application to Quantum Compression
最近，Anshu等人引入了“部分”平滑的信息度量，并使用它们来推导几个信息处理任务的更严格边界，包括量子态合并和针对量子对手的隐私放大[arXiv：1807.05630 [quant-ph]]。然而，一个紧的二阶渐近展开的部分平滑条件最小熵的i.i.d.背景仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们建立了纯态展开中的二阶项，并发现它不同于原始的“全局”平滑条件最小熵。值得注意的是，这表明二阶项在状态之间并不均匀，因为对于其他类型的状态，部分和全局平滑量的二阶项是一致的。通过将量子压缩的任务与量子态合并的任务联系起来，我们导出的扩展允许我们确定量子数据压缩的最佳速率的二阶渐近扩展。这弥补了Datta和Leditzky [IEEE Trans. Inf. Theory 61，582（2015）]确定的边界中的差距，并表明切断最小权重的特征空间的直接压缩协议确实在二阶渐近最优。
2019-05-20 cs.IT math.IT quant-ph
Enhanced Rényi Entropy-Based Post-Quantum Key Agreement with Provable Security and Information-Theoretic Guarantees
School of Electrical and Computer Engineering, Nanfang College（南方学院电气与计算机工程学院）
本文提出了一种基于瑞尼熵的后量子密钥协议，通过熵保持操作和秘密共享验证实现可证明安全性和信息论保证，提供 $2^{128}$ 的量子安全保证。
2026-03-08 cs.CR cs.IT math.IT
Chapter: Vulnerability of Quantum Information Systems to Collective Manipulation
该研究通过多体量子力学计算发现量子信息系统存在新型集体操纵脆弱性，攻击者可无实时通信、短时间内隐秘破坏系统量子态，提出嵌入冗余经典网络的应对方案。
2024-04-11 cs.CY physics.soc-ph quant-ph
Performance of polar codes for quantum and private classical communication
我们分析了量子极化码的实际性能，通过计算块错误概率的严格界限，并通过数值模拟。我们评估了编码块长度在2^10和2^20之间的量子擦除信道的边界，并报告了量子擦除信道、量子去极化信道和编码块长度高达N = 1024的“BB84”信道的模拟结果。对于量子擦除信道，我们观察到对于小于10^（-4）的块错误率可以实现高量子数据速率，并且对于量子去极化和BB84信道可以实现稍微低的量子数据速率。我们的研究结果在这里也作为私人经典数据传输在这些渠道的界限和模拟，基本上是由于Renes的对偶边界的隐私放大和经典数据传输的互补可观。未来的工作可能能够改进我们的量子去极化和BB84通道的数值结果，采用极性编码规则，而不是这里使用的启发式。
2012-05-27 cs.IT math.IT quant-ph
