We characterize novel probability distributions for CSS codes. Such classes of error correcting codes, originally introduced by Calderbank, Shor, and Steane, are of great significance in advancing the fidelity of Quantum computation, with implications for future near term applications. Within the context of Quantum key distribution, such codes, as examined by Ostrev in arXiv: 2109.06709 along with two-universal hashing protocols, have greatly simplified Quantum phases of computation for unconditional security. To further examine novel applications of two-universal hashing protocols, particularly through the structure of parity check matrices, we demonstrate how being able to efficiently compute functions of the parity check matrices relates to marginals of a suitably defined probability measure supported over random matrices. The security of the two-universal QKD hashing protocol will be shown to depend upon the computation of purified states of random matrices, which relates to probabilistic collision bounds between two hashing functions. Central to our approach are the introduction of novel real, simulator, and ideal, isometries, hence allowing for efficient computations of functions of the two parity check matrices. As a result of being able to perform such computations involving parity check matrices, the security of the two-universal hashing protocol is a factor of $2^{ \frac{5}{2} ( 5 - \frac{3}{2} ) + \mathrm{log}_2 \sqrt{C}}$ less secure, for some strictly positive constant $C$.


翻译:我们刻画了CSS码的新型概率分布。这类由Calderbank、Shor和Steane最初引入的纠错码,对于提升量子计算的保真度具有重要意义,并对未来近期应用具有深远影响。在量子密钥分发的背景下,如Ostrev在arXiv:2109.06709中所述,此类码与双通用哈希协议相结合,极大简化了实现无条件安全所需的量子计算阶段。为深入探究双通用哈希协议的新应用(特别是通过奇偶校验矩阵的结构),我们证明了高效计算奇偶校验矩阵函数与定义在随机矩阵上的概率测度边际之间的关系。双通用QKD哈希协议的安全性将被证明依赖于随机矩阵纯态的计算,这与两个哈希函数之间的概率碰撞界密切相关。我们方法的核心在于引入新型的实模拟器等距映射与理想等距映射,从而实现对两个奇偶校验矩阵函数的高效计算。由于能够执行涉及奇偶校验矩阵的此类计算,双通用哈希协议的安全性降低了$2^{ \frac{5}{2} ( 5 - \frac{3}{2} ) + \mathrm{log}_2 \sqrt{C}}$倍,其中$C$为严格正常数。

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