A major difficulty in quantum rewinding is the fact that measurement is destructive: extracting information from a quantum state irreversibly changes it. This is especially problematic in the context of zero-knowledge simulation, where preserving the adversary's state is essential. In this work, we develop new techniques for quantum rewinding in the context of extraction and zero-knowledge simulation: (1) We show how to extract information from a quantum adversary by rewinding it without disturbing its internal state. We use this technique to prove that important interactive protocols, such as the Goldreich-Micali-Wigderson protocol for graph non-isomorphism and the Feige-Shamir protocol for NP, are zero-knowledge against quantum adversaries. (2) We prove that the Goldreich-Kahan protocol for NP is post-quantum zero knowledge using a simulator that can be seen as a natural quantum extension of the classical simulator. Our results achieve (constant-round) black-box zero-knowledge with negligible simulation error, appearing to contradict a recent impossibility result due to Chia-Chung-Liu-Yamakawa (FOCS 2021). This brings us to our final contribution: (3) We introduce coherent-runtime expected quantum polynomial time, a computational model that (a) captures all of our zero-knowledge simulators, (b) cannot break any polynomial hardness assumptions, and (c) is not subject to the CCLY impossibility. In light of our positive results and the CCLY negative results, we propose coherent-runtime simulation to be the right quantum analogue of classical expected polynomial-time simulation.


翻译:量子回缩的主要困难在于测量是破坏性的:从量子状态中提取信息,不可逆地改变它。在零知识模拟的背景下,这尤其成问题,因为保护对手状态至关重要。在这项工作中,我们开发了在提取和零知识模拟背景下量子回缩的新技术:(1) 我们展示了如何通过回缩从量子对手中提取信息,而不会扰乱其内部状态。我们使用这种技术来证明重要的互动协议,如Goldreich-Micali-Wigdererson 用于图形非软体主义和Feige-Shamir NP协议,是针对量子对手的零知识模拟。 (2) 我们证明Goldreich-Kahan 协议在提取和零知识后,使用模拟器可以被视为古典模拟器的自然量扩展。我们的结果是(连续)黑箱零和微模拟错误,似乎与最近由于Chia-Chilal-Lial-Shamir 的直径模拟结果相矛盾,对量子-直径(OFO-rental-alal malal adal adal) 的计算结果,这是我们最后的硬数级的预时间(CS-ral-cal-cal-cal-cal-cal-cal-cal-cal-cal-cal-cal-cal-cal-cal-cal-cal-cal-cal-cal-cal-cal) 的预算的预估测算,无法推算。

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