When sending quantum information over a channel, we want to ensure that the message remains intact. Quantum error correction and quantum authentication both aim to protect (quantum) information, but approach this task from two very different directions: error-correcting codes protect against probabilistic channel noise and are meant to be very robust against small errors, while authentication codes prevent adversarial attacks and are designed to be very sensitive against any error, including small ones. In practice, when sending an authenticated state over a noisy channel, one would have to wrap it in an error-correcting code to counterbalance the sensitivity of the underlying authentication scheme. We study the question of whether this can be done more efficiently by combining the two functionalities in a single code. To illustrate the potential of such a combination, we design the threshold code, a modification of the trap authentication code which preserves that code's authentication properties, but which is naturally robust against depolarizing channel noise. We show that the threshold code needs polylogarithmically fewer qubits to achieve the same level of security and robustness, compared to the naive composition of the trap code with any concatenated CSS code. We believe our analysis opens the door to combining more general error-correction and authentication codes, which could improve the practicality of the resulting scheme.


翻译:在向一个频道发送量子信息时,我们希望确保信息保持完整。 量子错误校正和量子认证都旨在保护( 量子) 信息,但从两个截然不同的方向来对待这项任务: 错误校正代码可以防止概率性频道噪音, 意在对小错误非常有力, 而认证代码可以防止对抗性攻击, 并且设计对于任何错误, 包括小错误非常敏感。 实际上, 在向一个噪音频道发送经认证的国家时, 人们不得不用错误校正代码包住它, 以抵消基本认证机制的敏感性。 我们研究是否可以通过将两种功能合并到一个代码来更有效地完成这项工作。 为了说明这种组合的潜力, 我们设计了阈值代码, 并修改陷阱认证代码, 以维护该代码的认证特性, 但自然地可以防止任何差分化的频道噪音。 我们显示, 阈值代码需要多式调低调调调调, 才能达到同一程度的安全和稳健度。 我们研究的是, 是否可以通过任何配置式的CSS 规则来改进总的准确性分析。

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