A Coherence-witnessing Game And Applications To Semi-device-independent Quantum Key Distribution

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

Mário Silva¹, Ricardo Faleiro², Paulo Mateus^2,3, ja Emmanuel Zambrini Cruzeiro²

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

Onko tämä artikkeli mielenkiintoinen vai haluatko keskustella? Scite tai jätä kommentti SciRate.

Abstrakti

Puolilaiteriippumaton kvanttiavaimen jakelu pyrkii saavuttamaan tasapainon korkeimman turvatason, laiteriippumattomuuden ja kokeellisen toteutettavuuden välillä. Puolikvanttiavainjakelu tarjoaa kiehtovan lähestymistavan, jolla pyritään minimoimaan käyttäjien riippuvuus kvanttioperaatioista samalla kun turvallisuus säilyy, mikä mahdollistaa yksinkertaistettujen ja laitteistovikoja sietävien kvanttiprotokollien kehittämisen. Tässä työssä esittelemme koherenssiin perustuvan, puoliksi laitteista riippumattoman puolikvanttiavaimen jakeluprotokollan, joka on rakennettu koherenssin tasa-arvopelin koherenssivahvaan versioon, joka todistaa erityyppistä koherenssia. Turvallisuus on todistettu rajoitetussa kvanttitallennusmallissa, joka vaatii käyttäjiä toteuttamaan vain klassisia toimintoja, erityisesti kiinteäpohjaisia ilmaisuja.

Suosittu yhteenveto

Laitteesta riippumaton salaus pyrkii luomaan suojauksen mahdollisimman vähäisin oletuksin käytetyistä laitteista. Vaihtoehtoisesti puolikvanttiperspektiivin tavoitteena on vähentää käyttäjien riippuvuutta kvanttioperaatioista samalla kun varmistetaan kvanttimekaniikan periaatteisiin perustuva turvallisuus. Tässä työssä laajennamme koherenssin tasa-arvopeliä koherenssista riippuvaiseen skenaarioon ja osoitamme sen kyvyn tilastollisesti erottaa kolmenlaisia koherenttiresursseja: ei-koherentit, erotettavissa olevat koherentit ja kietoutuvat koherentit tilat. Pelin pohjalta esittelemme proof-of-concept kvanttiavaimen jakeluprotokollan. Tässä protokollassa Alice ja Bob tarvitsevat vain luotettujen hiukkasten tunnistuksia laboratorioissaan, kun taas protokollan muita osia pidetään epäluotettavina. Näin ollen tätä protokollaa voidaan luonnehtia tarkasti sekä puoliksi laitteesta riippumattomaksi että puolikvanttiksi, mikä osoittaa molempien kehysten yhteensopivuuden.

► BibTeX-tiedot

@artikkeli{Silva2023coherencewitnessing, doi = {10.22331/q-2023-08-22-1090}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-08-22-1090}, otsikko = {A johdonmukaisuus -todistaa pelien ja sovellusten puoliksi laitteesta riippumattomaan kvanttiavainten jakeluun}, kirjoittaja = {Silva, M{'{a}}rio ja Faleiro, Ricardo ja Mateus, Paulo ja Cruzeiro, Emmanuel Zambrini}, päiväkirja = {{Quantum} }, issn = {2521-327X}, julkaisija = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volyymi = {7}, sivut = {1090}, kuukausi = elo, vuosi = {2023} }

► Viitteet

[1] MS Sharbaf. "Kvanttisalaus: nouseva teknologia verkkoturvassa". 2011 IEEE International Conference on Technologies for Homeland Security (HST) sivut 13–19 (2011).
https:///doi.org/10.1109/THS.2011.6107841

[2] Peter W. Shor. "Polynomiaikaiset algoritmit alkutekijöihin ja diskreeteille logaritmeille kvanttitietokoneessa". SIAM J. Comput., 26(5), 1484-1509 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795293172

[3] Charles H. Bennett ja Gilles Brassard. "Kvanttisalaus: Julkisen avaimen jakelu ja kolikoiden heittäminen". Teoreettinen tietojenkäsittelytiede 560, 7–11 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.tcs.2014.05.025

[4] Dominic Mayers ja Andrew Yao. "Kvanttisalaus epätäydellisillä laitteilla". Proceedings of 39th Annual Symposium on Foundations of Computer Science (1998).

[5] Dominic Mayers ja Andrew Yao. "Itse testaava kvanttilaite". Kvantti Info. Comput. 4, 273–286 (2004).

[6] Umesh Vazirani ja Thomas Vidick. "Täysin laitteesta riippumaton kvanttiavaimen jakelu". Physical Review Letters 113 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.113.140501

[7] Rotem Arnon-Friedman, Frédéric Dupuis, Omar Fawzi, Renato Renner ja Thomas Vidick. "Käytännön laiteriippumaton kvanttisalaus entropian kertymisen kautta". 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 ja et ai. "Kellon lauseella varmennettuja satunnaisia lukuja". Nature 464, 1021–1024 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature09008

[9] Antonio Acín, Serge Massar ja Stefano Pironio. "Satunnaisuus vs. epäpaikallisuus ja sotkeutuminen". 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 ja Jonathan Silman. "Heikko kolikonheitto laitteesta riippumattomassa asetuksessa". Kvanttilaskennan, viestinnän ja kryptografian teorian 6. konferenssin tarkistetuissa valikoiduissa julkaisuissa – Volume 6745, s. 1–12. TQC 2011 (2011).
https://doi.org/10.1007/978-3-642-54429-3_1

[11] Ricardo Faleiro ja Manuel Goulão. "Laitteesta riippumaton kvanttivaltuutus, joka perustuu Clauser-Horne-Shimony-Holt-peliin". 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 ja J.-D. Bancal. "Kokeellinen kvanttiavaimen jakauma varmennettu Bellon lauseella". 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 ja Harald Weinfurter. "Laiteriippumaton kvanttiavainten jakelujärjestelmä etäkäyttäjille". 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 ja Jian-Wei Pan. "Kohti fotonista demonstraatiota laitteesta riippumattomasta kvanttiavaimen jakautumisesta". Phys. Rev. Lett. 129, 050502 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.050502

[15] Marcin Pawłowski ja Nicolas Brunner. "Puolilaiteriippumaton yksisuuntaisen kvanttiavaimen jakelun suojaus". Phys. Rev. A 84, 010302 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.84.010302

[16] Anubhav Chaturvedi, Maharshi Ray, Ryszard Veynar ja Marcin Pawłowski. "Puolilaitteista riippumattomien QKD-protokollien turvallisuudesta". Quantum Information Processing 17, 131 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1007 / s11128-018-1892-z

[17] Armin Tavakoli, Jędrzej Kaniewski, Tamás Vértesi, Denis Rosset ja Nicolas Brunner. "Kvanttitilojen ja mittausten itsetestaus valmistelu- ja mittausskenaariossa". Phys. Rev. A 98, 062307 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062307

[18] Armin Tavakoli. "Riippumattomien kvanttitila- ja mittauslaitteiden puoliksi laitteista riippumaton sertifiointi". Phys. Rev. Lett. 125, 150503 2020 (XNUMX).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.150503

[19] Thomas Van Himbeeck, Erik Woodhead, Nicolas J. Cerf, Raúl García-Patron ja Stefano Pironio. "Puoliksi laitteesta riippumaton kehys, joka perustuu luonnollisiin fysikaalisiin oletuksiin". Quantum 1, 33 (2017).
https://doi.org/10.22331/q-2017-11-18-33

[20] Armin Tavakoli, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Erik Woodhead ja Stefano Pironio. "Tietorajoitetut korrelaatiot: yleinen viitekehys klassisille ja kvanttijärjestelmille". Quantum 6, 620 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-01-05-620

[21] Armin Tavakoli, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Erik Woodhead ja Stefano Pironio. "Tietorajoitetut korrelaatiot: yleinen viitekehys klassisille ja kvanttijärjestelmille". Quantum 6, 620 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-01-05-620

[22] Weixu Shi, Yu Cai, Jonatan Bohr Brask, Hugo Zbinden ja Nicolas Brunner. "Kvanttimittausten puoliksi laitteesta riippumaton karakterisointi vähimmäispäällekkäisyysoletuksella". Phys. Rev. A 100, 042108 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.042108

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

[24] Michel Boyer, Ran Gelles, Dan Kenigsberg ja Tal Mor. "Semikvanttiavaimen jakelu". 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 ja Philip Walther. "Kokeellinen puolikvanttiavainten jakelu klassisten käyttäjien kanssa". Quantum 6, 819 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-09-22-819

[26] Flavio Del Santo ja Borivoje Dakić. "Koherenssitasa-arvo ja kommunikaatio kvantti-superpositiossa". Physical Review Letters 124 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.124.190501

[27] Lieven Vandenberghe ja Stephen Boyd. "Puolimääräinen ohjelmointi". SIAM Rev. 38, 49-95 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1137 / +1038003

[28] Károly F. Pál ja Tamás Vértesi. "Korkeamman ulottuvuuden hilbert-avaruuksien tehokkuus kelloepätasa-arvojen rikkomiseen". Phys. Rev. A 77, 042105 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.77.042105

[29] Matthew McKague, Michele Mosca ja Nicolas Gisin. "Kvanttijärjestelmien simulointi todellisilla Hilbert-avaruuksilla". Phys. Rev. Lett. 102, 020505 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.020505

[30] KC Toh, MJ Todd ja RH Tüüncü. "Sdpt3 - Matlab-ohjelmistopaketti puolimääräiseen ohjelmointiin, versio 1.3". Optimization Methods and Software 11, 545–581 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1080 / +10556789908805762

[31] Reinhard F. Werner ja Michael M. Wolf. "Bell epätasa-arvo ja sotkeutuminen" (2001). arXiv:quant-ph/0107093.
arXiv: kvant-ph / 0107093

[32] J. Lofberg. "Yalmip: työkalupakki mallintamiseen ja optimointiin Matlabissa". Vuonna 2004 IEEE International Conference on Robotics and Automation (IEEE Cat. No.04CH37508). Sivut 284-289. (2004).
https: / / doi.org/ 10.1109 / CACSD.2004.1393890

[33] Sébastien Designolle, Roope Uola, Kimmo Luoma ja Nicolas Brunner. "Joukkokoherenssi: Kvanttikoherenssin perustasta riippumaton kvantifiointi". Phys. Rev. Lett. 126, 220404 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.220404

[34] Rafael Wagner, Rui Soares Barbosa ja Ernesto F. Galvão. "Epätasa-arvo todistaa koherenssia, epäpaikallisuutta ja kontekstuaalisuutta" (2023). arXiv:2209.02670.
arXiv: 2209.02670

[35] Kazuoki Azuma. "Tiettyjen riippuvien satunnaismuuttujien painotetut summat". Tohoku matematiikka. J. (2) 19, 357-367 (1967).
https:///doi.org/10.2748/tmj/1178243286

[36] Renato Renner. "Kvanttiavaimen jakelun turvallisuus". International Journal of Quantum Information 6, 1–127 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749908003256

[37] Robert Konig, Renato Renner ja Christian Schaffner. "Min- ja max-entropian toiminnallinen merkitys". IEEE Transactions on Information Theory 55, 4337–4347 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1109 / tit.2009.2025545

Viitattu

Tämä kirja on julkaistu Quantum - lehdessä Creative Commons Nimeäminen 4.0 Kansainvälinen (CC BY 4.0) lisenssin. Tekijänoikeudet säilyvät alkuperäisillä tekijänoikeuksien haltijoilla, kuten tekijöillä tai heidän instituutioillaan.

SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
PlatoESG. Autot / sähköautot, hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
ChartPrime. Nosta kaupankäyntipeliäsi ChartPrimen avulla. Pääsy tästä.
BlockOffsets. Ympäristövastuun omistuksen nykyaikaistaminen. Pääsy tästä.
Lähde: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-08-22-1090/