Poprawa wydajności dystrybucji klucza kwantowego z dwoma polami dzięki korzystnej technologii destylacji

Poprawa wydajności dystrybucji klucza kwantowego z dwoma polami dzięki korzystnej technologii destylacji

Znacznik czasu: 6 grudnia 2023 10:19
Węzeł źródłowy: 2413320

Hong-Wei Li1, Rui-Qiang Wang2, Chun-Mei Zhang3i Qing-Yu Cai4

1Henan Key Laboratory of Quantum Information and Cryptography, SSF IEU, Zhengzhou 450000, Chiny
2CAS Key Laboratory of Quantum Information, Chiński Uniwersytet Nauki i Technologii, Hefei, Anhui 230026, Chiny
3Instytut Informacji i Technologii Kwantowej, Uniwersytet Poczty i Telekomunikacji w Nanjing, Nanjing 210003, Chiny
4Szkoła Inżynierii Informacji i Komunikacji, Uniwersytet Hainan, Haikou 570228, Chiny

Czy ten artykuł jest interesujący czy chcesz dyskutować? Napisz lub zostaw komentarz do SciRate.

Abstrakcyjny

W tej pracy stosujemy metodę destylacji korzyści, aby poprawić wydajność praktycznego systemu dystrybucji klucza kwantowego z dwoma polami pod zbiorowym atakiem. W porównaniu z wynikami poprzedniej analizy podanymi przez Maedę, Sasaki i Koashi [Nature Communication 10, 3140 (2019)], maksymalna odległość transmisji uzyskana naszą metodą analizy zostanie zwiększona z 420 km do 470 km. Zwiększając niezależny od strat błąd niewspółosiowości do 12%, poprzednia metoda analizy nie może pokonać granicy między szybkością a odległością. Jednak nasza metoda analizy może nadal pokonać granicę między szybkością a odległością, gdy błąd niewspółosiowości wynosi 16%. Co bardziej zaskakujące, udowadniamy, że dwupolowa dystrybucja klucza kwantowego może generować dodatni bezpieczny klucz, nawet jeśli błąd niewspółosiowości jest bliski 50%, zatem nasza metoda analizy może znacznie poprawić wydajność praktycznego systemu dystrybucji klucza kwantowego z dwoma polami.

► Dane BibTeX

► Referencje

[1] Charlesa H. Bennetta i Gillesa Brassarda. „Kryptografia kwantowa: dystrybucja klucza publicznego i rzucanie monetą”. Informatyka teoretyczna 560, 7–11 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.tcs.2014.05.025

[2] Hoi-Kwong Lo i Hoi Fung Chau. „Bezwarunkowe bezpieczeństwo dystrybucji klucza kwantowego na dowolnie duże odległości”. Nauka 283, 2050–2056 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.283.5410.2050

[3] Peter W Shor i John Preskill. „Prosty dowód bezpieczeństwa protokołu dystrybucji klucza kwantowego bb84”. Listy przeglądu fizycznego 85, 441 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.441

[4] Renato Rennera. „Bezpieczeństwo dystrybucji klucza kwantowego”. International Journal of Quantum Information 6, 1–127 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749908003256

[5] Valerio Scarani, Helle Bechmann-Pasquinucci, Nicolas J. Cerf, Miloslav Dušek, Norbert Lütkenhaus i Momtchil Peev. „Bezpieczeństwo praktycznej dystrybucji klucza kwantowego”. Recenzje Modern Physics 81, 1301 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.1301

[6] Hong-Wei Li, Shuang Wang, Jing-Zheng Huang, Wei Chen, Zhen-Qiang Yin, Fang-Yi Li, Zheng Zhou, Dong Liu, Yang Zhang, Guang-Can Guo i in. „Atak na praktyczny system dystrybucji klucza kwantowego z zależnym od długości fali rozdzielaczem wiązki i źródłami o wielu długościach fal”. Przegląd fizyczny A 84, 062308 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.84.062308

[7] Lars Lydersen, Carlos Wiechers, Christoffer Wittmann, Dominique Elser, Johannes Skaar i Vadim Makarov. „Hakowanie komercyjnych systemów kryptografii kwantowej za pomocą dostosowanego jasnego oświetlenia”. Nature Photonics 4, 686–689 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2010.214

[8] Hong-Wei Li, Zheng-Mao Xu i Qing-Yu Cai. „Mała niedoskonała losowość ogranicza bezpieczeństwo dystrybucji klucza kwantowego”. Przegląd fizyczny A 98, 062325 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062325

[9] Samuela L. Braunsteina i Stefano Pirandoli. „Kwantowa dystrybucja klucza bez kanałów bocznych”. Listy przeglądu fizycznego 108, 130502 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.130502

[10] Hoi-Kwong Lo, Marcos Curty i Bing Qi. „Niezależna od urządzenia pomiarowego dystrybucja klucza kwantowego”. Listy przeglądu fizycznego 108, 130503 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.130503

[11] Leong-Chuan Kwek, Lin Cao, Wei Luo, Yunxiang Wang, Shihai Sun, Xiangbin Wang i Ai Qun Liu. „Kwantowa dystrybucja klucza oparta na chipie”. Biuletyn AAPPS 31 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s43673-021-00017-0

[12] Stefano Pirandola, Riccardo Laurenza, Carlo Ottaviani i Leonardo Banchi. „Podstawowe ograniczenia powtarzalnej komunikacji kwantowej”. Nature Communications 8, 15043 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms15043

[13] Marco Lucamarini, Zhiliang L Yuan, James F. Dynes i Andrew J. Shields. „Pokonanie granicy szybkości i odległości w dystrybucji klucza kwantowego bez wzmacniaczy kwantowych”. Natura 557, 400–403 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-018-0066-6

[14] Xiongfeng Ma, Pei Zeng i Hongyi Zhou. „Kwantowa dystrybucja klucza z dopasowaniem fazowym”. Przegląd fizyczny X 8, 031043 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.031043

[15] Xiang-Bin Wang, Zong-Wen Yu i Xiao-Long Hu. „Dystrybucja klucza kwantowego w dwóch polach z dużym błędem niewspółosiowości”. Przegląd fizyczny A 98, 062323 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062323

[16] Chaohan Cui, Zhen-Qiang Yin, Rong Wang, Wei Chen, Shuang Wang, Guang-Can Guo i Zheng-Fu Han. „Dystrybucja klucza kwantowego w dwóch polach bez późniejszej selekcji fazy”. Zastosowano przegląd fizyczny 11, 034053 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.11.034053

[17] Marcos Curty, Koji Azuma i Hoi-Kwong Lo. „Prosty dowód bezpieczeństwa protokołu dystrybucji klucza kwantowego typu dwupolowego”. npj Informacje kwantowe 5, 64 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-019-0175-6

[18] Jie Lin i Norberta Lütkenhausa. „Prosta analiza bezpieczeństwa dopasowanej fazowo i niezależnej od urządzenia pomiarowego dystrybucji klucza kwantowego”. Przegląd fizyczny A 98, 042332 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.042332

[19] Kento Maeda, Toshihiko Sasaki i Masato Koashi. „Bez powtarzania dystrybucja klucza kwantowego z efektywną analizą klucza skończonego pokonującą granicę szybkości i odległości”. Nature Communications 10, 3140 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-019-11008-z

[20] Guillermo Currás-Lorenzo, Álvaro Navarrete, Koji Azuma, Go Kato, Marcos Curty i Mohsen Razavi. „Ścisłe bezpieczeństwo klucza skończonego dla dystrybucji klucza kwantowego z dwoma polami”. npj Quantum Information 7, 22 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-020-00345-3

[21] Guillermo Currás-Lorenzo, Lewis Wooltorton i Mohsen Razavi. „Rozkład klucza kwantowego o dwóch polach z całkowicie dyskretną randomizacją faz”. Zastosowano przegląd fizyczny 15, 014016 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.15.014016

[22] M Minder, M Pittaluga, GL Roberts, M Lucamarini, JF Dynes, ZL Yuan i AJ Shields. „Eksperymentalna dystrybucja klucza kwantowego wykraczająca poza pojemność tajnego klucza bez powtarzania”. Nature Photonics 13, 334–338 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41566-019-0377-7

[23] Xiaoqing Zhong, Jianyong Hu, Marcos Curty, Li Qian i Hoi-Kwong Lo. „Dowód eksperymentalnej demonstracji rozkładu klucza kwantowego typu dwupolowego”. Listy przeglądu fizycznego 123, 100506 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.100506

[24] Yang Liu, Zong-Wen Yu, Weijun Zhang, Jian-Yu Guan, Jiu-Peng Chen, Chi Zhang, Xiao-Long Hu, Hao Li, Cong Jiang, Jin Lin i in. „Eksperymentalna dwupolowa dystrybucja klucza kwantowego poprzez wysyłanie lub nie wysyłanie”. Listy przeglądu fizycznego 123, 100505 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.100505

[25] Shuang Wang, De-Yong He, Zhen-Qiang Yin, Feng-Yu Lu, Chao-Han Cui, Wei Chen, Zheng Zhou, Guang-Can Guo i Zheng-Fu Han. „Pokonanie podstawowego limitu szybkości i odległości w kwantowym systemie dystrybucji kluczy potwierdzającym słuszność zasad”. Przegląd fizyczny X 9, 021046 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.9.021046

[26] Hui Liu, Cong Jiang, Hao-Tao Zhu, Mi Zou, Zong-Wen Yu, Xiao-Long Hu, Hai Xu, Shizhao Ma, Zhiyong Han, Jiu-Peng Chen, Yunqi Dai, Shi-Biao Tang, Weijun Zhang, Hao Li, Lixing You, Zhen Wang, Yong Hua, Hongkun Hu, Hongbo Zhang, Fei Zhou, Qiang Zhang, Xiang-Bin Wang, Teng-Yun Chen i Jian-Wei Pan. „Test terenowy dystrybucji klucza kwantowego z dwoma polami poprzez wysyłanie lub nie wysyłanie na odległość 428 km”. Listy z przeglądu fizycznego 126, 250502 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.250502

[27] Jiu-Peng Chen, Chi Zhang, Yang Liu, Cong Jiang, Wei-Jun Zhang, Zhi-Yong Han, Shi-Zhao Ma, Xiao-Long Hu, Yu-Huai Li, Hui Liu, Fei Zhou, Hai-Feng Jiang, Teng-Yun Chen, Hao Li, Li-Xing You, Zhen Wang, Xiang-Bin Wang, Qiang Zhang i Jian-Wei Pan. „Dystrybucja klucza kwantowego w dwóch polach w światłowodzie o długości 511 km łączącym dwa odległe obszary metropolitalne”. Nature Photonics 15, 570–575 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41566-021-00828-5

[28] Shuang Wang, Zhen-Qiang Yin, De-Yong He, Wei Chen, Rui-Qiang Wang, Peng Ye, Yao Zhou, Guan-Jie Fan-Yuan, Fang-Xiang Wang, Yong-Gang Zhu, Pavel V Morozov, Alexander V Divochiy, Zheng Zhou, Guang-Can Guo i Zheng-Fu Han. „Dwupolowa dystrybucja klucza kwantowego na światłowodzie o długości 830 km”. Nature Photonics 16, 154–161 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41566-021-00928-2

[29] Hua-Lei Yin i Zeng-Bing Chen. „Dystrybucja klucza kwantowego oparta na spójnym stanie z dwoma polami”. Raporty Naukowe 9, 14918 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-019-50429-0

[30] Mario Mastriani i Sundaraja Sitharama Iyengar. „Satelitarne wzmacniacze kwantowe dla Internetu kwantowego”. Inżynieria kwantowa 2, e55 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1002/​que2.55

[31] Xiao-Min Hu, Cen-Xiao Huang, Yu-Bo Sheng, Lan Zhou, Bi-Heng Liu, Yu Guo, Chao Zhang, Wen-Bo Xing, Yun-Feng Huang, Chuan-Feng Li i Guang-Can Guo. „Oczyszczanie splątania na duże odległości dla komunikacji kwantowej”. Listy przeglądu fizycznego 126, 010503 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.010503

[32] Gui-Lu Long, Dong Pan, Yu-Bo Sheng, Qikun Xue, Jianhua Lu i Lajos Hanzo. „Ewolucyjna ścieżka Internetu kwantowego oparta na bezpiecznych klasycznych wzmacniaczach”. Sieć IEEE 36, 82–88 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1109/​MNET.108.2100375

[33] Ueli M Maurer. „Tajne kluczowe porozumienie w drodze publicznej dyskusji na podstawie wspólnych informacji”. Transakcje IEEE dotyczące teorii informacji 39, 733–742 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1109 / 18.256484

[34] Barbara Kraus, Cyril Branciard i Renato Renner. „Bezpieczeństwo protokołów dystrybucji klucza kwantowego wykorzystujących dwukierunkową komunikację klasyczną lub słabe, spójne impulsy”. Przegląd fizyczny A 75, 012316 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.012316

[35] Joonwoo Bae i Antonio Acín. „Destylacja kluczy z kanałów kwantowych przy użyciu protokołów komunikacji dwukierunkowej”. Przegląd fizyczny A 75, 012334 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.012334

[36] Gláucia Murta, Filip Rozpędek, Jérémy Ribeiro, David Elkouss i Stephanie Wehner. „Kluczowe stawki dla protokołów dystrybucji klucza kwantowego z szumem asymetrycznym”. Przegląd fizyczny A 101, 062321 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.062321

[37] Ernest Y.-Z. Tan, Charles C.-W. Lima i Renato Rennera. „Zaleta destylacji dla niezależnej od urządzenia dystrybucji klucza kwantowego”. Listy przeglądu fizycznego 124, 020502 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.020502

[38] Dagmara Bruss. „Optymalne podsłuchiwanie w kryptografii kwantowej z sześcioma stanami”. Listy przeglądu fizycznego 81, 3018 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.81.3018

[39] Won-Young Hwang. „Kwantowa dystrybucja kluczy z dużymi stratami: w stronę globalnej bezpiecznej komunikacji”. Listy przeglądu fizycznego 91, 057901 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.91.057901

[40] Xiang-Bin Wang. „Pokonanie ataku polegającego na rozszczepieniu liczby fotonów w praktycznej kryptografii kwantowej”. Listy przeglądu fizycznego 94, 230503 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.94.230503

[41] Hoi-Kwong Lo, Xiongfeng Ma i Kai Chen. „Dystrybucja klucza kwantowego stanu wabika”. Listy przeglądu fizycznego 94, 230504 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.94.230504

[42] Hong-Wei Li, Chun-Mei Zhang, Mu-Sheng Jiang i Qing-Yu Cai. „Poprawa wydajności praktycznej dystrybucji klucza kwantowego w stanie wabika dzięki korzystnej technologii destylacji”. Fizyka komunikacji 5, 53 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42005-022-00831-4

[43] Daniel Gottesman i Hoi-Kwong Lo. „Dowód bezpieczeństwa dystrybucji klucza kwantowego przy dwukierunkowej komunikacji klasycznej”. Transakcje IEEE dotyczące teorii informacji 49, 457–475 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2002.807289

[44] Rui-Qiang Wang, Chun-Mei Zhang, Zhen-Qiang Yin, Hong-Wei Li, Shuang Wang, Wei Chen, Guang-Can Guo i Zheng-Fu Han. „Dopasowana fazowo dystrybucja klucza kwantowego z przewagą destylacji”. New Journal of Physics 24, 073049 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac8115

[45] Zong-Wen Yu, Xiao-Long Hu, Cong Jiang, Hai Xu i Xiang-Bin Wang. „Wysyłanie lub niewysyłanie dwupolowej dystrybucji klucza kwantowego w praktyce”. Raporty Naukowe 9, 3080 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-019-39225-y

[46] Hai Xu, Zong-Wen Yu, Cong Jiang, Xiao-Long Hu i Xiang-Bin Wang. „Wysyłanie lub nie wysyłanie dwupolowej dystrybucji klucza kwantowego: Przełamanie szybkości klucza transmisji bezpośredniej”. Przegląd fizyczny A 101, 042330 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.042330

[47] Xiao-Long Hu, Cong Jiang, Zong-Wen Yu i Xiang-Bin Wang. „Wysyłanie lub nie wysyłanie protokołu podwójnego pola do dystrybucji klucza kwantowego z asymetrycznymi parametrami źródłowymi”. Przegląd fizyczny A 100, 062337 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.062337

[48] Marco Tomamichel. „Ramy dla nieasymptotycznej teorii informacji kwantowej”. Praca doktorska. ETH Zurych. Zurych (2012).
https: / / doi.org/ 10.3929 / ethz-a-7356080

[49] Jaikumar Radhakrishnan i Amnon Ta-Shma. „Granice dla dyspergatorów, ekstraktorów i superkoncentratorów o głębokości dwóch”. SIAM Journal on Discrete Mathematics 13, 2–24 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0895480197329508

[50] Wassly’ego Hoeffdinga. „Nierówności prawdopodobieństwa sum ograniczonych zmiennych losowych”. Journal of American Statistical Association 58, 13–30 (1963).
https: / / doi.org/ 10.2307 / 2282952

Cytowany przez

[1] Li-Wen Hu, Chun-Mei Zhang i Hong-Wei Li, „Praktyczna dystrybucja klucza kwantowego niezależna od urządzenia pomiarowego z zaletą destylacji”, Przetwarzanie informacji kwantowych 22 1, 77 (2023).

[2] Xin Liu, Di Luo, Zhenrong Zhang i Kejin Wei, „Kwantowa dystrybucja klucza z parowaniem trybów z przewagą destylacji”, Przegląd fizyczny A 107 6, 062613 (2023).

[3] Rui-Qiang Wang, Chun-Mei Zhang, Zhen-Qiang Yin, Hong-Wei Li, Shuang Wang, Wei Chen, Guang-Can Guo i Zheng-Fu Han, „Rozkład klucza kwantowego z dopasowaniem fazowym z destylacją przewagi ”, Nowy Dziennik Fizyki 24 7, 073049 (2022).

[4] Xiao-Lei Jiang, Yang Wang, Jia-Ji Li, Yi-Fei Lu, Chen-Peng Hao, Chun Zhou i Wan-Su Bao, „Poprawa wydajności dystrybucji klucza kwantowego niezależnej od ramki odniesienia z korzyścią technologia destylacji”, Optyka Express 31 6, 9196 (2023).

[5] Jian-Rong Zhu, Chun-Mei Zhang, Rong Wang i Hong-Wei Li, „Kwantowa dystrybucja klucza niezależna od ramki odniesienia z destylacją przewagi”, Optyka Litery 48 3, 542 (2023).

[6] Hong-Wei Li, Rui-Qiang Wang, Chun-Mei Zhang i Qing-Yu Cai, „Poprawa wydajności dystrybucji klucza kwantowego z dwoma polami dzięki korzystnej technologii destylacji”, Kwant 7, 1201 (2023).

[7] Kailu Zhang, Jingyang Liu, Huajian Ding, Xingyu Zhou, Chunhui Zhang i Qin Wang, „Asymetryczna dystrybucja klucza kwantowego niezależna od urządzenia pomiarowego poprzez destylację przewagi”, Entropia 25 8, 1174 (2023).

Powyższe cytaty pochodzą z Reklamy SAO / NASA (ostatnia aktualizacja pomyślnie 2023-12-25 17:07:29). Lista może być niekompletna, ponieważ nie wszyscy wydawcy podają odpowiednie i pełne dane cytowania.

On Serwis cytowany przez Crossref nie znaleziono danych na temat cytowania prac (ostatnia próba 2023-12-25 17:07:28).

Niniejszy artykuł opublikowano w Quantum pod Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe (CC BY 4.0) licencja. Prawa autorskie należą do pierwotnych właścicieli praw autorskich, takich jak autorzy lub ich instytucje.

Znak czasu:

Więcej z Dziennik kwantowy