A fundamental computational problem is to find a shortest non-zero vector in Euclidean lattices, a problem known as the Shortest Vector Problem (SVP). This problem is believed to be hard even on quantum computers and thus plays a pivotal role in post-quantum cryptography. In this work we explore how (efficiently) Noisy Intermediate Scale Quantum (NISQ) devices may be used to solve SVP. Specifically, we map the problem to that of finding the ground state of a suitable Hamiltonian. In particular, (i) we establish new bounds for lattice enumeration, this allows us to obtain new bounds (resp.~estimates) for the number of qubits required per dimension for any lattices (resp.~random q-ary lattices) to solve SVP; (ii) we exclude the zero vector from the optimization space by proposing (a) a different classical optimisation loop or alternatively (b) a new mapping to the Hamiltonian. These improvements allow us to solve SVP in dimension up to 28 in a quantum emulation, significantly more than what was previously achieved, even for special cases. Finally, we extrapolate the size of NISQ devices that is required to be able to solve instances of lattices that are hard even for the best classical algorithms and find that with approximately $10^3$ noisy qubits such instances can be tackled.


翻译:基本计算问题之一是在欧几里得格中寻找非零最短向量,即最短向量问题(SVP)。该问题被认为即使在量子计算机上也难以求解,因此在后量子密码学中具有关键作用。本研究探讨了如何(高效地)利用含噪中等规模量子(NISQ)设备求解SVP。具体而言,我们将该问题映射为寻找合适哈密顿量基态的问题。其中:(i)我们建立了格枚举的新界限,从而获得了任意格(对应随机q元格)求解SVP时每维度所需量子比特数的新界限(及估计值);(ii)我们通过提出(a)不同的经典优化循环或(b)新的哈密顿量映射,将零向量排除在优化空间之外。这些改进使我们能够在量子模拟中求解维度高达28的SVP,远超此前特殊情况下的最高水平。最后,我们推算了要解决即便最优经典算法也难以处理的困难格实例所需的NISQ设备规模,发现约需10³个噪声量子比特即可应对此类实例。

0
下载
关闭预览

相关内容

100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
国家自然科学基金
16+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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
24+阅读 · 2022年2月4日
Adversarial Mutual Information for Text Generation
Arxiv
13+阅读 · 2020年6月30日
VIP会员
最新内容
《多域战场上反制小型无人机系统》150页
专知会员服务
14+阅读 · 今天7:47
战场人工智能:增强陆地作战能力的发现与要求
专知会员服务
3+阅读 · 今天7:37
以人工智能为中心的指挥控制
专知会员服务
3+阅读 · 今天7:14
《基于深度强化学习的反无人机技术研究》178页
专知会员服务
13+阅读 · 6月10日
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
14+阅读 · 6月10日
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
6+阅读 · 6月10日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
相关基金
国家自然科学基金
16+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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员