Et sammenhængsvidne spil og applikationer til semi-enhedsuafhængig kvantenøgledistribution

Et sammenhængsvidne spil og applikationer til semi-enhedsuafhængig kvantenøgledistribution

Tidsstempel: 22. august 2023 kl. 10
Kildeknude: 2839411

Mário Silva1, Ricardo Faleiro2, Paulo Mateus2,3, og Emmanuel Zambrini Cruzeiro2

1Université de Lorraine, CNRS, Inria, LORIA, F-54000 Nancy, Frankrig
2Instituto de Telecomunicações, 1049-001, Lissabon, Portugal
3Departamento de Matemática, Instituto Superior Técnico, Avenida Rovisco Pais 1049-001, Lissabon, Portugal

Finder du denne artikel interessant eller vil du diskutere? Scite eller efterlade en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Semi-enhedsuafhængig kvantenøglefordeling har til formål at opnå en balance mellem det højeste niveau af sikkerhed, enhedsuafhængighed og eksperimentel gennemførlighed. Semi-kvantenøgledistribution præsenterer en spændende tilgang, der søger at minimere brugernes afhængighed af kvanteoperationer og samtidig opretholde sikkerheden, hvilket muliggør udviklingen af ​​forenklede og hardwarefejltolerante kvanteprotokoller. I dette arbejde introducerer vi en kohærensbaseret, semi-enhedsuafhængig, semi-kvantenøgledistributionsprotokol bygget på en støj-robust version af et kohærens-lighedsspil, der er vidne til forskellige typer sammenhæng. Sikkerhed er bevist i den afgrænsede kvantelagringsmodel, der kræver, at brugere kun implementerer klassiske operationer, specifikt detekteringer på fast basis.

Populært resumé

Enhedsuafhængig kryptografi har til formål at etablere sikkerhed med minimale antagelser om de anvendte enheder. Alternativt er målet med semi-kvanteperspektivet at reducere brugernes afhængighed af kvanteoperationer og samtidig sikre sikkerhed baseret på kvantemekanikkens principper. I dette arbejde udvider vi et kohærens-lighedsspil til et støj-robust scenarie og demonstrerer dets evne til statistisk at skelne mellem tre typer kohærensressourcer: ikke-kohærente, adskillelige sammenhængende og sammenfiltrede sammenhængende tilstande. Med udgangspunkt i spillet præsenterer vi en proof-of-concept kvantenøgledistributionsprotokol. I denne protokol behøver Alice og Bob kun at udføre pålidelige partikeldetektioner i deres laboratorier, mens de resterende komponenter i protokollen betragtes som upålidelige. Følgelig kan denne protokol nøjagtigt karakteriseres som både semi-enhedsuafhængig og semi-kvante, hvilket viser kompatibiliteten af ​​begge rammer.

► BibTeX-data

► Referencer

[1] MS Sharbaf. "Kvantekryptografi: En ny teknologi inden for netværkssikkerhed". 2011 IEEE International Conference on Technologies for Homeland Security (HST) Side 13-19 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1109/​THS.2011.6107841

[2] Peter W. Shor. "Polynomial-tidsalgoritmer til primfaktorisering og diskrete logaritmer på en kvantecomputer". SIAM J. Comput., 26(5), 1484-1509 (1997).
https://​/​doi.org/​10.1137/​S0097539795293172

[3] Charles H. Bennett og Gilles Brassard. "Kvantekryptografi: Offentlig nøgledistribution og møntkastning". Teoretisk datalogi 560, 7-11 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.tcs.2014.05.025

[4] Dominic Mayers og Andrew Yao. "Kvantekryptografi med ufuldkomment apparat". Proceedings of the 39th Annual Symposium on Foundations of Computer Science (1998).

[5] Dominic Mayers og Andrew Yao. "Selvtestende kvanteapparat". Kvante info. Comput. 4, 273-286 (2004).

[6] Umesh Vazirani og Thomas Vidick. "Fuldt enhedsuafhængig kvantenøglefordeling". Physical Review Letters 113 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.113.140501

[7] Rotem Arnon-Friedman, Frédéric Dupuis, Omar Fawzi, Renato Renner og Thomas Vidick. "Praktisk enhedsuafhængig kvantekryptografi via entropiakkumulering". Nature Communications 9, 459 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-017-02307-4

[8] S. Pironio, A. Acín, S. Massar, A. Boyer de la Giroday, DN Matsukevich, P. Maunz, S. Olmschenk, D. Hayes, L. Luo, TA Manning og et al. "Tilfældige tal certificeret af klokkens sætning". Nature 464, 1021-1024 (2010).
https://​/​doi.org/​10.1038/​nature09008

[9] Antonio Acín, Serge Massar og Stefano Pironio. "Tilfældighed versus ikke-lokalitet og sammenfiltring". Phys. Rev. Lett. 108, 100402 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.108.100402

[10] Nati Aharon, André Chailloux, Iordanis Kerenidis, Serge Massar, Stefano Pironio og Jonathan Silman. "Svag møntvending i en enhedsuafhængig indstilling". I Revised Selected Papers fra den 6. konference om teori om kvanteberegning, kommunikation og kryptografi – bind 6745, s.1-12. TQC 2011 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-54429-3_1

[11] Ricardo Faleiro og Manuel Goulão. "Enhedsuafhængig kvantegodkendelse baseret på Clauser-Horne-Shimony-Holt-spillet". Phys. Rev. A 103, 022430 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.103.022430

[12] DP Nadlinger, P. Drmota, BC Nichol, G. Araneda, D. Main, R. Srinivas, DM Lucas, CJ Ballance, K. Ivanov, EY-Z. Tan, P. Sekatski, RL Urbanke, R. Renner, N. Sangouard og J.-D. Bancal. "Eksperimentel kvantenøglefordeling certificeret af klokkens teorem". Nature 607, 682-686 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04941-5

[13] Wei Zhang, Tim van Leent, Kai Redeker, Robert Garthoff, René Schwonnek, Florian Fertig, Sebastian Eppelt, Wenjamin Rosenfeld, Valerio Scarani, Charles C.-W. Lim og Harald Weinfurter. "Et enhedsuafhængigt kvantenøgledistributionssystem til fjernbrugere". Nature 607, 687-691 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04891-y

[14] Wen-Zhao Liu, Yu-Zhe Zhang, Yi-Zheng Zhen, Ming-Han Li, Yang Liu, Jingyun Fan, Feihu Xu, Qiang Zhang og Jian-Wei Pan. "Mod en fotonisk demonstration af enhedsuafhængig kvantenøglefordeling". Phys. Rev. Lett. 129, 050502 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.129.050502

[15] Marcin Pawłowski og Nicolas Brunner. "Semi-enhedsuafhængig sikkerhed for envejs kvantenøgledistribution". Phys. Rev. A 84, 010302 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.84.010302

[16] Anubhav Chaturvedi, Maharshi Ray, Ryszard Veynar og Marcin Pawłowski. "Om sikkerheden ved semi-enhedsuafhængige QKD-protokoller". Quantum Information Processing 17, 131 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1007/​s11128-018-1892-z

[17] Armin Tavakoli, Jędrzej Kaniewski, Tamás Vértesi, Denis Rosset og Nicolas Brunner. "Selvtestende kvantetilstande og målinger i forberedelse-og-mål-scenariet". Phys. Rev. A 98, 062307 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.98.062307

[18] Armin Tavakoli. "Semi-enhedsuafhængig certificering af uafhængige kvantetilstands- og måleenheder". Phys. Rev. Lett. 125, 150503 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.125.150503

[19] Thomas Van Himbeeck, Erik Woodhead, Nicolas J. Cerf, Raúl García-Patrón og Stefano Pironio. "Semi-enhedsuafhængig ramme baseret på naturlige fysiske antagelser". Quantum 1, 33 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2017-11-18-33

[20] Armin Tavakoli, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Erik Woodhead og Stefano Pironio. "Informationsmæssigt begrænsede korrelationer: en generel ramme for klassiske og kvantesystemer". Quantum 6, 620 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-01-05-620

[21] Armin Tavakoli, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Erik Woodhead og Stefano Pironio. "Informationsmæssigt begrænsede korrelationer: en generel ramme for klassiske og kvantesystemer". Quantum 6, 620 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-01-05-620

[22] Weixu Shi, Yu Cai, Jonatan Bohr Brask, Hugo Zbinden og Nicolas Brunner. "Semi-enhedsuafhængig karakterisering af kvantemålinger under en minimumsoverlapningsantagelse". Phys. Rev. A 100, 042108 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.100.042108

[23] Hasan Iqbal og Walter O. Krawec. "Semi-kvantekryptografi". Quantum Information Processing 19, 97 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11128-020-2595-9

[24] Michel Boyer, Ran Gelles, Dan Kenigsberg og Tal Mor. "Semikvante nøglefordeling". Phys. Rev. A 79, 032341 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.79.032341

[25] Francesco Massa, Preeti Yadav, Amir Moqanaki, Walter O. Krawec, Paulo Mateus, Nikola Paunković, André Souto og Philip Walther. "Eksperimentel semi-kvante nøgledistribution med klassiske brugere". Quantum 6, 819 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-09-22-819

[26] Flavio Del Santo og Borivoje Dakić. "Kohærens lighed og kommunikation i en kvantesuperposition". Physical Review Letters 124 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.124.190501

[27] Lieven Vandenberghe og Stephen Boyd. "Halvbestemt programmering". SIAM Rev. 38, 49-95 (1996).
https://​/​doi.org/​10.1137/​1038003

[28] Károly F. Pál og Tamás Vértesi. "Effektivitet af højere dimensionelle hilbertrum til krænkelse af klokkeuligheder". Phys. Rev. A 77, 042105 (2008).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.77.042105

[29] Matthew McKague, Michele Mosca og Nicolas Gisin. "Simulering af kvantesystemer ved hjælp af rigtige hilbertrum". Phys. Rev. Lett. 102, 020505 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.102.020505

[30] KC Toh, MJ Todd og RH Tütüncü. "Sdpt3 - en matlab-softwarepakke til semidefinite programmering, version 1.3". Optimization Methods and Software 11, 545-581 (1999).
https://​/​doi.org/​10.1080/​10556789908805762

[31] Reinhard F. Werner og Michael M. Wolf. "Klokkeuligheder og sammenfiltring" (2001). arXiv:quant-ph/​0107093.
arXiv:quant-ph/0107093

[32] J. Lofberg. "Yalmip: en værktøjskasse til modellering og optimering i matlab". I 2004 IEEE International Conference on Robotics and Automation (IEEE Cat. No.04CH37508). Side 284–289. (2004).
https://​/​doi.org/​10.1109/​CACSD.2004.1393890

[33] Sébastien Designolle, Roope Uola, Kimmo Luoma og Nicolas Brunner. "Sæt kohærens: Basisuafhængig kvantificering af kvantekohærens". Phys. Rev. Lett. 126, 220404 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.126.220404

[34] Rafael Wagner, Rui Soares Barbosa og Ernesto F. Galvão. "Uligheder, der vidner om sammenhæng, ikke-lokalitet og kontekstualitet" (2023). arXiv:2209.02670.
arXiv: 2209.02670

[35] Kazuoki Azuma. "Vægtede summer af visse afhængige stokastiske variable". Tohoku matematik. J. (2) 19, 357-367 (1967).
https://​/​doi.org/​10.2748/​tmj/​1178243286

[36] Renato Renner. "Sikkerhed for kvantenøglefordeling". International Journal of Quantum Information 6, 1-127 (2008).
https://​/​doi.org/​10.1142/​S0219749908003256

[37] Robert Konig, Renato Renner og Christian Schaffner. "Den operationelle betydning af min- og max-entropi". IEEE Transactions on Information Theory 55, 4337–4347 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1109/​tit.2009.2025545

Citeret af

Dette papir er udgivet i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Ophavsretten forbliver hos de originale copyright-indehavere, såsom forfatterne eller deres institutioner.

Tidsstempel:

Mere fra Quantum Journal