Chen, Liu, and Zhandry [CLZ22] introduced the problems $S|LWE\rangle$ and $C|LWE\rangle$ as quantum analogues of the Learning with Errors problem, designed to construct quantum algorithms for the Inhomogeneous Short Integer Solution ($ISIS$) problem. Several later works have used this framework for constructing new quantum algorithms in specific cases. However, the general relation between all these problems is still unknown. In this paper, we investigate the equivalence between $S|LWE\rangle$ and $ISIS$. We present the first fully generic reduction from $ISIS$ to $S|LWE\rangle$, valid even in the presence of errors in the underlying algorithms. We then explore the reverse direction, introducing an inhomogeneous variant of $C|LWE\rangle$, denoted $IC|LWE\rangle$, and show that $IC|LWE\rangle$ reduces to $S|LWE\rangle$. Finally, we prove that, under certain recoverability conditions, an algorithm for $ISIS$ can be transformed into one for $S|LWE\rangle$. We instantiate this reverse reduction by tweaking a known algorithm for $(I)SIS_\infty$ in order to construct quantum algorithm for $S|LWE\rangle$ when the alphabet size q is a small power of 2, recovering some results of Bai et al. [BJK+ 25]. Our results thus clarify the landscape of reductions between $S|LWE\rangle$ and $ISIS$, and we show both their strong connection as well as the remaining barriers for showing full equivalence.


翻译:Chen、Liu 和 Zhandry [CLZ22] 引入了 $S|LWE\rangle$ 和 $C|LWE\rangle$ 问题,作为学习带误差问题的量子类比,旨在为非齐次短整数解问题构造量子算法。后续的若干工作已利用此框架在特定情形下构建了新的量子算法。然而,所有这些问题的普遍关系仍属未知。本文研究了 $S|LWE\rangle$ 与 $ISIS$ 之间的等价性。我们首次提出了从 $ISIS$ 到 $S|LWE\rangle$ 的完全通用归约,该归约即使在底层算法存在误差时依然有效。随后,我们探讨了反向归约,引入了 $C|LWE\rangle$ 的一个非齐次变体,记为 $IC|LWE\rangle$,并证明了 $IC|LWE\rangle$ 可归约至 $S|LWE\rangle$。最后,我们证明在一定的可恢复性条件下,一个针对 $ISIS$ 的算法可被转化为针对 $S|LWE\rangle$ 的算法。我们通过调整一个已知的 $(I)SIS_\infty$ 算法来实例化此反向归约,从而在字母表大小 q 为 2 的小幂次时,为 $S|LWE\rangle$ 构造量子算法,这恢复了 Bai 等人 [BJK+ 25] 的部分结果。因此,我们的结果阐明了 $S|LWE\rangle$ 与 $ISIS$ 之间归约的图景,既展示了它们之间的紧密联系,也指出了证明完全等价性所面临的剩余障碍。

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