Recently, quantum computing experiments have for the first time exceeded the capability of classical computers to perform certain computations -- a milestone termed "quantum computational advantage." However, verifying the output of the quantum device in these experiments required extremely large classical computations. An exciting next step for demonstrating quantum capability would be to implement tests of quantum computational advantage with efficient classical verification, such that larger system sizes can be tested and verified. One of the first proposals for an efficiently-verifiable test of quantumness consists of hiding a secret classical bitstring inside a circuit of the class IQP, in such a way that samples from the circuit's output distribution are correlated with the secret (arXiv:0809.0847). The classical hardness of this protocol has been supported by evidence that directly simulating IQP circuits is hard, but the security of the protocol against other (non-simulating) classical attacks has remained an open question. In this work we demonstrate that the protocol is not secure against classical forgery. We describe a classical algorithm that can not only convince the verifier that the (classical) prover is quantum, but can in fact can extract the secret key underlying a given protocol instance. Furthermore, we show that the key extraction algorithm is efficient in practice for problem sizes of hundreds of qubits. Finally, we provide an implementation of the algorithm, and give the secret vector underlying the "$25 challenge" posted online by the authors of the original paper.


翻译:最近,量子计算实验首次超越了古典计算机进行某些计算的能力 -- -- 一个称为“量子计算优势”的里程碑。然而,核实这些实验中的量子装置输出需要极为庞大的古典计算。展示量子能力的下一个令人振奋的步骤是,通过高效的古典核查,测试量子计算优势,从而可以测试和验证更大的系统规模。关于有效核查量子测试的第一批建议之一是在类IQP的循环中隐藏一种秘密的经典刺字,这种方式使电路输出分布的样本与秘密(arXiv:0809.08.47)相关。然而,验证这些实验中的量子装置的输出需要极为庞大的古典硬性需要极其庞大的古典的古典的经典计算。这个协议的经典硬性得到了直接模拟IQP电路的坚硬性证据的支持,但对于其他(非模拟的)经典袭击来说,协议的安全性还是个开放的问题。在这项工作中,我们证明协议协议的安全性不是古典伪造。我们描述一种经典的经典算法,它不能仅仅说服核查者(古典)验证器的验证器是量的量,但事实上的作者可以提取一个核心的精度的精度,我们最后的精细的精细的精细的精细的算法 的精细的精细的精细的精细的精细的精细的精细的算。

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