Differential privacy has been an exceptionally successful concept when it comes to providing provable security guarantees for classical computations. More recently, the concept was generalized to quantum computations. While classical computations are essentially noiseless and differential privacy is often achieved by artificially adding noise, near-term quantum computers are inherently noisy and it was observed that this leads to natural differential privacy as a feature. In this work we discuss quantum differential privacy in an information theoretic framework by casting it as a quantum divergence. A main advantage of this approach is that differential privacy becomes a property solely based on the output states of the computation, without the need to check it for every measurement. This leads to simpler proofs and generalized statements of its properties as well as several new bounds for both, general and specific, noise models. In particular, these include common representations of quantum circuits and quantum machine learning concepts. Here, we focus on the difference in the amount of noise required to achieve certain levels of differential privacy versus the amount that would make any computation useless. Finally, we also generalize the classical concepts of local differential privacy, R\'enyi differential privacy and the hypothesis testing interpretation to the quantum setting, providing several new properties and insights.


翻译:在为古典计算提供可变的安全保障方面,不同隐私是一个非常成功的概念。最近,这一概念被普遍化为量子计算。虽然古典计算基本上是无噪音的,而且通常通过人工添加噪音来实现不同隐私,但近期的量子计算机本身就十分吵闹,据观察,这会造成自然差异隐私的特征。在这项工作中,我们在信息理论框架中讨论数量差异隐私,将其描绘成量子差异。这一方法的一个主要好处是,差异隐私成为完全基于计算输出状态的财产,而无需对每一项计量进行检查。这导致更简单的证据和对其属性的普遍说明,以及若干普通和具体的噪音模型的新界限。特别是,这些包括量子路和量子机器学习概念的共同表述。在这里,我们侧重于实现某种程度差异隐私所需的噪音数量与任何计算都无用的数量之间的差别。最后,我们还概括了本地差异隐私的典型概念、R\'enyye差异隐私和对量子设定的假设解释,提供了几种新的属性和洞察。

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