Dilemma that cannot be resolved by biased quantum coin flipping
我们发现，有偏量子抛硬币（QCF）不能提供一个黑盒有偏抛硬币的性能，如果它满足一些保真度条件。虽然这样的QCF满足有偏抛硬币的安全条件，但它没有实现理想的功能，因此，不满足普遍可组合安全的需求。此外，通过在一个小的限制偏差范围内的比较，我们表明，一个任意的QCF是从一个黑盒抛硬币，除非它是公正的双方对不敏感的作弊区分。我们还指出了在开发欺骗敏感的量子比特承诺的困难，在一个QCF的不可组合性。
2008-01-11 quant-ph
Lower Bounds for Quantum Oblivious Transfer
不经意传输是密码学中的一个基本原语。虽然完美的信息论安全是不可能的，但量子不经意传输协议可以限制不诚实参与者的欺骗行为。在这样的协议中找到最佳的安全参数是一个重要的开放问题。在本文中，我们证明了每一个1 - 2不经意传输协议允许一个不诚实的一方欺骗的概率下界的常数严格大于1/2。爱丽丝的作弊被定义为她猜测鲍勃的指数的概率，鲍勃的作弊被定义为他猜测爱丽丝的两个输入位的概率。在我们的证明中，我们将这些作弊概率与掷硬币协议的作弊概率联系起来，并使用Kitaev的掷硬币下界得出结论。然后，我们提出了一个不经意传输协议，两个消息和欺骗概率最多为3/4。最后，我们扩展Kitaev的半定规划制定更一般的原语，其中的安全是对一个不诚实的球员试图迫使其他球员的结果，并证明他们的最佳下限和上限。
2013-03-23 quant-ph
On bit-commitment based quantum coin flipping
在本文中，我们专注于一个特殊的框架，量子硬币翻转协议，比特承诺为基础的协议，其中几乎所有已知的协议。我们显示在任何这样的协议中的偏差的下限为1/16。我们还分析了一系列的多轮协议，试图克服以前提出的协议的缺点，以降低偏见。我们展示了这个序列的复杂作弊策略，这导致了1/4的偏差。这表明在这样的协议中1/4的偏差可能是最优的，并且还表明可能需要更聪明的证明技术来显示这种最优性。
2002-06-19 cs.CR quant-ph
Coin-Flipping-based Quantum Oblivious Transfer
当提交“基于硬币翻转的量子不经意传输”（quant-ph/0605027 v4）到Indocrypt-2006时，我收到了宝贵的评论。由于这些评论中的攻击，我的主要协议，对于欺骗敏感和基于硬币翻转的2-1不经意传输，是不安全的。我就会撤回那篇论文。但我想我宁愿张贴评论者的攻击。此外，由于“基于硬币翻转的2-1 OT”是“双方模型和不去定理”（quant-ph/0608165）中的一个重要案例研究，本文也受到了攻击。它将被重新考虑，案例研究将从其中删除。我要感谢“匿名”评论者的那些宝贵的攻击和评论。
2006-09-26 quant-ph
Fair Loss-Tolerant Quantum Coin Flipping
硬币翻转是一种加密原语，其中两个在空间上分离的玩家，原则上彼此不信任，希望建立一个共同的随机位。如果我们把自己限制在经典的通信中，这个任务要么需要对参与者的计算能力进行假设，要么需要他们以足够的灵活性向对方发送信息，以迫使他们完全独立。如果没有这样的假设，所有经典协议都是这样的，一个不诚实的参与者完全控制结果。另一方面，如果我们使用量子通信，则会引入协议来限制不诚实的参与者可能产生的最大偏差。然而，这些协议在实践中将非常难以实现，因为它们容易受到在参与者之间的量子信道上或在它们的量子存储器和测量设备中的实际损耗的影响。在本文中，我们介绍了一种新的量子协议，我们证明了它是完全不受损失。该协议是公平的，在这个意义上，任何一个球员都有相同的概率成功地欺骗企图偏置的结果抛硬币。我们也给出了明确的和最佳的作弊策略，双方的球员。
2009-05-04 quant-ph
Quantum coin flipping secure against channel noises
目前，已有的单次量子掷币（QCF）协议大多在噪声量子信道中失效。在这里，我们提出了一个嵌套结构的框架，使它有可能实现部分噪声容忍的QCF，由于有一个安全性和正义正确性之间的权衡。结果表明，通过将现有的或未来的协议填充到所提出的框架中，可以产生抗噪声的单次QCF协议。我们还证明了一个下限为0.25，在这个下限下，欺骗的Alice或Bob可能会使结果产生偏差。
2015-05-27 quant-ph
On the impossibility of coin-flipping in generalized probabilistic theories via discretizations of semi-infinite programs
硬币翻转是一项基本的密码学任务，其中空间上分离的Alice和Bob希望在通信信道上生成公平的硬币翻转。众所周知，在经典理论和量子理论中，理想的抛硬币都是不可能的。在这篇文章中，我们给出了一个简短的证明，证明了在广义无限制假设下，这在广义概率论中也是不可能的。我们的证明主要依赖于将作弊策略作为半无限程序的公式，即，有无穷多个约束的锥规划这引入了一种新的形式主义，它可能对量子社区有独立的兴趣。
2019-01-15 quant-ph
Quantum Weak Coin Flipping
我们调查弱抛硬币，一个基本的密码原始两个不信任的各方需要远程建立一个共享的随机位。作弊玩家可以尝试将输出位偏向首选值。对于弱抛硬币，玩家知道相反的偏好值。弱抛硬币协议具有偏置$ε$，如果没有参与者能够以大于$\frac{1}{2}+ε$的概率迫使结果朝向他们的偏好值。虽然已知所有经典协议都具有$ε=\frac{1}{2}$，但Mochon在2007年[arXiv：0711.4114]表明，量子弱硬币翻转可以以任意小的偏差（接近完美）实现，但最知名的显式协议具有偏差$1/6$（也是由于Mochon，2005 [Phys. Rev. A 72，022341]）。我们提出了一个框架，以构建新的显式协议实现低于$1/6$的偏见。特别是，我们构建显式酉协议的偏见接近$1/10$。下面，我们将介绍我们所谓的椭圆单调对齐（EMA）算法，该算法与框架一起，允许我们以任意小的偏差来数字构建协议。
2019-11-26 cs.CR quant-ph
A large family of quantum weak coin-flipping protocols
每一个经典的公共硬币抛硬币协议都自然地与弱抛硬币的量子协议相关联。该量子协议是通过用量子纠缠代替经典的随机性，并在最后一轮中加入欺骗检测测试来验证这种纠缠的完整性而获得的。这组协议定义了一个系列，其中包含作者先前发现的偏倚为0.192的协议，以及本文所述偏倚低至1/6的协议。通过为每个消息数确定一组最优协议来分析该族。最后，严格的下界的偏差得到证明，1/6是最佳的所有协议的家庭。
2005-12-25 quant-ph
Quantum weak coin-flipping with bias of 0.192
本文描述了一类量子弱硬币翻转协议，它们渐近地达到0.192的偏置。该族包含对于所有n>1具有n+2个消息的协议。n=2的情况相当于Spekkens和Rudolph的方案，偏倚为0.207。在n=3的情况下，偏差为0.199，n=8的情况下，偏差为0.193。分析的协议使用Kitaev的描述硬币翻转作为一个半定的程序。本文构造了一个解析解的对偶问题，它提供了一个上限的金额，一方可以欺骗。
2004-10-12 quant-ph
Practical Quantum Coin Flipping
在这篇文章中，我们第一次展示了量子抛硬币的安全性保证，严格优于任何经典协议，可以用当前的技术实现。我们的协议考虑到了实验实现的各个方面，如损失，实际光子源发射的多光子脉冲，信道噪声，探测器暗计数和有限量子效率。我们计算了当两个玩家都诚实时的中止概率，以及一个玩家强迫他想要的结果的概率。对于长达21公里的信道长度，我们实现了作弊概率，这是优于任何经典协议。我们的协议很容易使用衰减的激光脉冲实现，不需要纠缠光子或任何其他特定资源。
2011-07-30 quant-ph
Quantum Bit Escrow
无条件安全的比特承诺和抛硬币在经典世界中是不可能的。比特承诺在量子世界中也是不可能的。我们引入了一个相关的新原语- { \em量子比特托管}。在这个原语中，Alice向Bob提交了一个比特$b$。承诺是{ \em binding}，在这个意义上，如果Alice被要求透露比特，Alice不能在没有被检测到欺骗的良好概率的情况下偏置她的承诺。承诺是{ \em sealing}，在这个意义上，如果Bob学习了关于编码位的信息，那么如果以后他被要求证明他是诚实地玩，他以很大的概率被检测到作弊。严格证明量子密码协议的正确性已被证明是一项艰巨的任务。我们开发的技术来证明量子比特托管协议的绑定和密封性能的定量陈述。我们构建的一个相关的原始协议是量子偏置硬币翻转协议，其中没有玩家可以控制游戏，即，即使是全能的作弊者也必须以某种恒定的概率输掉，这与经典世界形成鲜明对比，在经典世界中，这种协议是不可能的。
2000-04-04 quant-ph
Quantum Protocol for Decision Making and Verifying Truthfulness among $N$-quantum Parties: Solution and Extension of the Quantum Coin Flipping Game
提出一种量子协议，使两方在量子信道中能验证彼此测量并达成一致，消除量子抛硬币游戏中的作弊可能，并扩展到N方场景，为未来量子网络中的信息验证提供方案。
2022-11-03 cs.CR cs.GT math-ph
Quantum weak coin flipping with a single photon
弱抛硬币是保证现代通信网络安全的基本密码原语之一。它允许两个不信任的当事人在倾向于相反结果时，远程同意一个随机位。与其他两方计算不同的是，人们可以只使用量子力学来实现信息论安全：双方都不能以高于$1/2+ε$的概率来偏置翻转，其中$ε$是任意低的。通常，不诚实的一方总是可以以$1$的概率欺骗，除非使用计算假设。尽管它的重要性，没有物理实现已经提出了量子弱抛硬币。在这里，我们提出了一个实用的协议，只需要一个单光子和线性光学。我们表明，它是公平和平衡的，即使当阈值单光子探测器使用，并达到低至$ε=1/\sqrt{2}-1/2\approx 0.207$的偏见。我们进一步表明，该协议可以显示量子优势超过几百米的国家的最先进的技术。
2020-08-12 quant-ph
Semi-Loss-Tolerant Strong Coin Flipping Protocol Using EPR Pairs
在本文中，我们提出了一个量子强抛硬币协议。该协议利用了EPR对和量子存储器，并对量子通信信道和量子存储器中的损耗进行了分析。我们获得了公平场景中的偏差作为$p$的函数，其中$p$是Bob的量子存储器中的粒子丢失的概率，这意味着我们的偏差随着量子存储器中的丢失程度的变化而变化。因此，我们称我们的协议为半容错协议。我们还表明，随着减少$p$的偏见减少。当$p$接近0时，偏差接近0.3536，这小于所有先前的丢失容忍协议的偏差。双方的最佳作弊策略的细节也给出和分析。并对实验的可行性进行了讨论和论证。与以前的基于量子比特的容损SCF协议相比，我们引入EPR对来保持我们的协议的容损性，同时试图降低偏置。此外，使用了量子存储器，并考虑了其中的损耗。我们获得了公平场景中的偏差作为$p$的函数，其中$p$是Bob的量子存储器中的粒子丢失的概率，这意味着我们的偏差随着量子存储器中的丢失程度的变化而变化。我们还表明，随着减少$p$的偏见减少。当$p$接近0时，偏差接近0.3536，这小于所有先前的丢失容忍协议的偏差。双方的最佳作弊策略的细节也给出和分析。此外，实验的可行性进行了讨论和论证。
2012-03-19 quant-ph
Flipping quantum coins
硬币翻转是一种加密原语，其中两个不信任的方希望生成一个随机位，以便在两个选项中进行选择。当这个任务仅仅依赖于经典比特的异步交换时，它是不可能实现的：一个不诚实的玩家完全控制了最终的结果。只有当抛硬币与量子通信相结合时，这个问题才能得到缓解，尽管部分偏见仍然存在。不幸的是，实际的系统容易丢失量子数据，这会恢复先前协议中的完全或几乎完全的偏差。我们在这里报告的第一个实现的量子硬币翻转协议是不受损失。此外，在不可避免的实验噪声的存在下，我们建议使用该协议顺序地实现许多硬币翻转，这保证了作弊者不情愿地通过增加错误率来渐进地揭示有多少结果是固定的。因此，我们第一次展示了在现实环境中抛硬币的可能性。因此，翻转量子硬币加入了量子密钥分发，成为量子通信目前为数不多的实际应用之一。我们预计我们的研究结果将有助于各种加密协议和其他应用程序，如在线赌场，其中可能有无限数量的硬币翻转必须执行，每个玩家可以随时自由决定是否继续玩。
2009-05-01 quant-ph
Quantum state targeting
我们引入了一个新的原始的量子通信，我们称之为“状态目标”，其中的目标是通过测试的目标状态，即使在其上执行测试的系统提交之前学习目标状态的身份。状态目标的成功可以被描述为对测试结果有一定的控制。我们表明，增加一个人的控制以上的最低金额意味着一个不可避免的增加失败的概率测试。这类似于由于获得关于其身份的信息而导致的对量子态的不可避免的扰动，并且可以被证明是纯粹的量子效应。我们提供了一些应用程序的结果，远程对抗方之间实施的加密任务的安全性分析。虽然我们专注于弱抛硬币，结果是显着的其他两方协议，如强抛硬币，部分绑定和隐藏位承诺，位托管。此外，这些结果不仅对密码学中传统的安全概念（即限制作弊者对协议结果产生偏见的能力）具有重要意义，而且对仅在量子环境中出现的新的安全概念（即欺骗敏感性）也具有重要意义。最后，我们的分析状态的目标导致一些有趣的次要结果，例如，推广的乌尔曼定理和操作解释的两个混合状态之间的保真度。
2003-10-09 quant-ph
A search for quantum coin-flipping protocols using optimization techniques
硬币翻转是一种加密任务，其中两个物理上分离的不信任方希望通过彼此通信来生成公平的硬币翻转。Chailloux和Kereneirs（2009）设计了量子协议，保证硬币翻转具有接近最佳的偏差。对于任何给定的$δ> 0$，这些方案中任何结果的概率最多可证明为$1/\sqrt{2} + δ$。然而，这些协议没有明确的描述是已知的，并且当$δ$变为0时，协议中的轮数趋于无穷大。事实上，已知的显式协议实现的最小偏差是$1/4$（Ambainis，2001）。我们采用计算优化方法，主要是基于凸优化，寻找简单和明确的量子强硬币翻转协议。我们提出了一个搜索算法，以确定协议的自然类中的低偏差，协议的基础上的位承诺（Nayak和Shor，2003年）限制到承诺状态的Mochon（2005年）。通过半定规划（SDP）的分析所产生的协议揭示了一个简单的结构。例如，我们表明，SDPs减少到二阶锥程序。我们设计了新的作弊策略，在协议中通过限制半定程序，并使用该策略修剪搜索。我们开发的技术，使计算搜索的协议给出的网格在参数空间。这些协议最多有六轮通信，消息的维度不同，包括最知名的显式协议（偏差为1/4）。我们进行两种搜索：一种是针对偏差低于0.2499的协议，另一种是针对偏差为1/4的协议附近的协议。这两种搜索都没有产生更好的偏差。基于搜索算法背后的数学思想，我们证明了一类四轮协议的偏差的一个下界。
2014-03-03 cs.CR math.OC quant-ph
Analytic quantum weak coin flipping protocols with arbitrarily small bias
弱抛硬币（WCF）是两方安全计算的基本加密原语，其中两个不信任的方需要远程建立共享的随机位，同时具有相反的首选结果。它是已知最强的原语，在量子上具有任意接近完美的安全性，而在经典上，它的安全性完全受到损害（除非人们做出进一步的假设，例如计算硬度）。如果任何一方都不能以大于$1/2+ε$的概率强制其偏好的结果，则称WCF协议具有偏置$ε$。经典的WCF协议被证明具有偏置$1/2$，即，作弊的一方总是可以强迫他们想要的结果。另一方面，存在具有任意小偏差的量子WCF协议，正如Mochon在2007年的开创性工作中所展示的那样[arXiv：0711.4114]。特别是，他证明了存在一系列WCF协议，这些协议对任意大的$k$接近偏差$ε(k)=1/(4k+2)$，并提出了一个偏差为$1/6$的协议。去年，Arora，Roland和Weis提出了一个带有偏差$1/10$的协议，为了低于这个偏差，他们设计了一个算法，该算法在数字上构造对应于具有任意小偏差的WCF协议的酉矩阵[STOC'19，p.205-216]。在这项工作中，我们提出了新的技术，产生一个充分的分析结构的WCF协议的偏差任意接近零，从而实现了一个解决方案，已经失踪了十多年。此外，我们的新技术通过绕过Mochon证明的非建设性部分，简化了WCF协议存在的证明。作为一个例子，我们说明了建设的WCF协议与偏见$1/14$。
2020-07-13 quant-ph
Increasing the power of the verifier in Quantum Zero Knowledge
在量子零知识中，假设验证者只使用酉操作。在这个假设下，关于量子零知识的许多好的性质已经被证明，包括诚实验证者量子统计零知识（HVQSZK）等于欺骗验证者量子统计零知识（QSZK）的事实（见[Wat02，Wat06]）。在本文中，我们研究了当我们允许一个诚实的验证者除了使用酉运算之外还可以抛硬币时会发生什么。抛硬币是一种非幺正操作，但最初似乎并没有增强验证者的欺骗可能性，因为经典的诚实验证者可以抛硬币。在这种设置中，我们展示了一个意想不到的结果：任何经典的交互式证明都具有使用硬币的诚实验证者量子统计零知识证明。请注意，在经典的情况下，诚实验证者SZK并不比SZK更强大，因此它不被认为包含甚至NP。另一方面，在欺骗验证者的情况下，我们证明了量子统计零知识，其中验证者应用任何非酉操作等于量子零知识，其中验证者只使用酉。人们可以从两个互补的角度来看待我们的结果。如果我们想使用诚实验证者模型作为一种手段，通过利用它们的等价性来研究一般模型，那么就必须使用没有硬币的酉定义，因为对于一般模型来说，这种等价性很可能是不正确的。另一方面，如果我们想在诚实但好奇的模型已经足够的加密场景中使用量子零知识协议，那么添加酉约束会严重降低量子零知识协议的功率。
2008-10-27 quant-ph
Quantum Agents for Algorithmic Discovery
Quantum Signals（量子信号）；IRIF-CNRS, Univ Paris-Cité（IRIF-CNRS、巴黎大学）；Quantum Signals, Paris, France（量子信号、法国巴黎）
本文提出用基于奖励的强化学习训练的量子智能体，自主重新发现量子傅里叶变换、Grover搜索等关键量子算法与协议，展示量子智能在算法自动发现中的潜力。
2025-10-09 cs.AI cs.LG quant-ph
Quantum Byzantine Agreement via Hardy correlations and entanglement swapping
针对{ \em Byzantine Generals}问题，提出了一个与设备无关的量子方案.协议适用于三方。参与方$C$将向参与方$A$和$B$发送两个相同的一比特消息。接收机$A$和$B$可以交换两个一比特消息，向另一方通知从$C$接收到的消息。其中一个传输中的位翻转错误不允许接收方确定$C$的消息是什么。我们的量子方案的特点是，如果拜占庭协议的消息是可读的（即给任何接收器一个明确的位值），那么任何错误的$C$（作弊的指挥一般）是不可能的。$A$和$B$不必交换协议消息来确保这一点。
2014-08-07 cs.CR cs.DC cs.IT
Superselection rules and quantum protocols
我们表明，超选择规则不增强量子密码协议的信息论安全性。我们的分析采用了两种截然不同的方法。第一种方法使用了参考系的概念--在一个服从超选择规则的世界中，可以由共享访问具有适当属性的参考系的各方来模拟不受限制的操作。通过这种方法，我们证明了，如果一个n方协议是安全的，在世界上的超选择规则，那么安全性保持，即使超选择规则是放松的。然而，证明仅适用于有限的一类超选择规则，其中超选择扇区被标记为一个紧凑的对称群的酉不可约表示。第二种方法使用在各方之间发送的消息的格式的概念--通过验证格式，消息的接收者可以检查消息是否可能是由执行了费用节省操作的一方发送的。通过这种方法，我们证明了一般的超选择规则（包括那些有关的nonabelian任意子在两个维度）的协议是没有更安全的协议在无限制的世界。然而，该证明仅适用于两方协议。我们的研究结果特别表明，如果不对作弊者的计算能力进行假设，那么在一个受超选择规则约束的世界中，安全的量子比特承诺和具有任意小偏差的强量子硬币翻转是不可能的。
2004-03-11 hep-th quant-ph
