Limitations of the Macaulay matrix approach for using the HHL algorithm to solve multivariate polynomial systems
Notice bibliographique
Résumé
Recently Chen and Gao \cite{ChenGao2017} proposed a new quantum algorithm for Boolean polynomial system solving, motivated by the cryptanalysis of some post-quantum cryptosystems. The key idea of their approach is to apply a Quantum Linear System (QLS) algorithm to a Macaulay linear system over <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math>, which is derived from the Boolean polynomial system. The efficiency of their algorithm depends on the condition number of the Macaulay matrix. In this paper, we give a strong lower bound on the condition number as a function of the Hamming weight of the Boolean solution, and show that in many (if not all) cases a Grover-based exhaustive search algorithm outperforms their algorithm. Then, we improve upon Chen and Gao's algorithm by introducing the Boolean Macaulay linear system over <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math> by reducing the original Macaulay linear system. This improved algorithm could potentially significantly outperform the brute-force algorithm, when the Hamming weight of the solution is logarithmic in the number of Boolean variables.Furthermore, we provide a simple and more elementary proof of correctness for our improved algorithm using a reduction employing the Valiant-Vazirani affine hashing method, and also extend the result to polynomial systems over <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mml:mi mathvariant="double-struck">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:math> improving on subsequent work by Chen, Gao and Yuan \citeChenGao2018. We also suggest a new approach for extracting the solution of the Boolean polynomial system via a generalization of the quantum coupon collector problem \cite{arunachalam2020QuantumCouponCollector}.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».