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:一个根本的计算问题是,在欧clidean lattices中找到一个最短的非零矢量,这个问题被称为“最短矢量问题 ” (SVP) 。 据认为, 即使在量子计算机上, 这个问题也很难找到, 因而在等离子加密后, 从而在等离子加密过程中发挥着关键作用。 在这项工作中, 我们探索如何( 有效) 使用噪音中等比例的量子设备解决 SVP 。 具体地说, 我们将问题映射到找到合适的汉密尔顿仪地面状态的问题。 特别是, (一) 我们为拉蒂点计( SVP) 设置新的界限, 这使得我们能够获得新的范围( resp. ~ 估计数) 。 这个问题在任何拉特( resp. ~ random q- ary lattices) 解决 SVP 的问题中, 如何( )? (二) 我们把零矢量控制器排除在最优化空间之外, 提议 (a) 不同的经典精度选择循环, 或者 (b) 向汉密尔密尔密尔密尔密尔顿进行新的映测。 这些改进使我们甚至可以在SVququququal 3 的尺寸上找到一个最特殊的大小, 需要一个最难判。

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