Quantum fully homomorphic encryption (QFHE) promises secure delegated quantum computation but has been impeded by the prohibitive quantum resource demands of existing constructions. This paper introduces a unified framework that achieves an \textbf{exponential improvement} in efficiency by synergistically integrating three theoretical tools: \textbf{modular arithmetic programs (MAP)}, the \textbf{garden-hose model}, and \textbf{measurement-based quantum computation (MBQC)}. Our central innovation is a novel MAP tailored to the algebraic structure of Learning-with-Errors (LWE) decryption. Unlike generic approaches that incur exponential overhead, our MAP computes the inner product $\langle \boldsymbol{sk}, \boldsymbol{c} \rangle \bmod q$ by tracking a partial sum modulo $q$, requiring only $O(\log q)$ bits of state width. This yields branching programs of width $O(\log λ)$ and length $O(λ\log λ)$, thereby reducing the size of the essential quantum gadget from $O(λ^{2.58})$ to $O(λ\log^2 λ)$ EPR pairs -- a concrete improvement factor of $2^{15}$ to $2^{18}$ for standard security parameters. Critically, we demonstrate that LWE decryption is not a \textbf{symmetric function}, necessitating our specialized MAP design beyond prior symmetric-function optimizations. The framework provides a direct mapping from the MAP to an efficient gadget via the garden-hose model, with MBQC furnishing the deterministic control flow for homomorphic evaluation. The resulting QFHE scheme supports \textbf{fully classical clients}, relies solely on the \textbf{classical LWE assumption} (avoiding circular security or quantum hardness assumptions), and maintains compactness. This work dramatically lowers the quantum resource barrier for practical QFHE, paving the way for realistic privacy-preserving quantum cloud computing.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
谷歌EfficientNet缩放模型,PyTorch实现登热榜
机器学习算法与Python学习
11+阅读 · 2019年6月4日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
近期语音类前沿论文
深度学习每日摘要
14+阅读 · 2019年3月17日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9日
推荐|caffe-orc主流ocr算法:CNN+BLSTM+CTC架构实现!
全球人工智能
19+阅读 · 2017年10月29日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 5月4日
Arxiv
0+阅读 · 4月17日
Arxiv
0+阅读 · 3月10日
VIP会员
相关主题
最新内容
DeepSeek 版Claude Code,免费小白安装教程来了!
专知会员服务
7+阅读 · 5月5日
《美空军条令出版物 2-0:情报(2026版)》
专知会员服务
12+阅读 · 5月5日
帕兰提尔 Gotham:一个游戏规则改变器
专知会员服务
6+阅读 · 5月5日
【综述】 机器人学习中的世界模型:全面综述
专知会员服务
11+阅读 · 5月4日
伊朗的导弹-无人机行动及其对美国威慑的影响
相关VIP内容
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
相关资讯
谷歌EfficientNet缩放模型,PyTorch实现登热榜
机器学习算法与Python学习
11+阅读 · 2019年6月4日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
近期语音类前沿论文
深度学习每日摘要
14+阅读 · 2019年3月17日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9日
推荐|caffe-orc主流ocr算法:CNN+BLSTM+CTC架构实现!
全球人工智能
19+阅读 · 2017年10月29日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员