Egy koherencia-tanúsító játék és alkalmazások félig eszközfüggetlen kvantumkulcs-elosztáshoz

Egy koherencia-tanúsító játék és alkalmazások félig eszközfüggetlen kvantumkulcs-elosztáshoz

Időbélyeg: 22. augusztus 2023. 10:22
Forrás csomópont: 2839411

Márió Silva1, Ricardo Faleiro2, Paulo Mateus2,3, és Emmanuel Zambrini Cruzeiro2

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

Érdekesnek találja ezt a cikket, vagy szeretne megvitatni? Scite vagy hagyjon megjegyzést a SciRate-en.

Absztrakt

A félig eszközfüggetlen kvantumkulcs-elosztás célja az egyensúly elérése a legmagasabb szintű biztonság, az eszközfüggetlenség és a kísérleti megvalósíthatóság között. A félkvantumkulcs-elosztás olyan érdekes megközelítést kínál, amely a biztonság fenntartása mellett igyekszik minimalizálni a felhasználók kvantumműveletektől való függőségét, lehetővé téve ezzel az egyszerűsített és hardverhibatűrő kvantumprotokollok fejlesztését. Ebben a munkában egy koherencia alapú, félig eszközfüggetlen, félkvantumkulcs-elosztási protokollt mutatunk be, amely egy koherencia-egyenlőségi játék zaj-robusztus változatára épül, amely különféle típusú koherenciákról tanúskodik. A biztonságot a korlátos kvantumtárolási modell bizonyítja, amely megköveteli a felhasználóktól, hogy csak klasszikus műveleteket hajtsanak végre, különösen a rögzített alapú észleléseket.

Népszerű összefoglaló

Az eszközfüggetlen kriptográfia célja a biztonság megteremtése a használt eszközökre vonatkozó minimális feltételezések mellett. Alternatív megoldásként a félkvantum perspektíva célja, hogy csökkentse a felhasználók kvantumműveletektől való függőségét, miközben továbbra is garantálja a kvantummechanika elvein alapuló biztonságot. Ebben a munkában egy koherencia-egyenlőségi játékot kiterjesztünk egy zaj-robusztus forgatókönyvre, és bemutatjuk, hogy képes statisztikailag megkülönböztetni háromféle koherencia-erőforrást: nem koherens, szétválasztható koherens és összefonódott koherens állapotokat. A játékra építve bemutatunk egy elméleti kvantumkulcs-elosztási protokollt. Ebben a protokollban Alice-nek és Bobnak csak megbízható részecskeérzékelést kell végrehajtania a laboratóriumaiban, míg a protokoll többi összetevője nem megbízható. Következésképpen ez a protokoll pontosan jellemezhető félig eszközfüggetlenként és félkvantumként is, bemutatva mindkét keretrendszer kompatibilitását.

► BibTeX adatok

► Referenciák

[1] MS Sharbaf. „Kvantumkriptográfia: Egy új technológia a hálózatbiztonságban”. 2011 IEEE International Conference on Technologies for Homeland Security (HST) 13–19. oldal (2011).
https://​/​doi.org/​10.1109/​THS.2011.6107841

[2] Peter W. Shor. „Polinomiális idejű algoritmusok prímfaktorizáláshoz és diszkrét logaritmusokhoz kvantumszámítógépen”. SIAM J. Comput., 26(5), 1484–1509 (1997).
https://​/​doi.org/​10.1137/​S0097539795293172

[3] Charles H. Bennett és Gilles Brassard. „Kvantum kriptográfia: Nyilvános kulcs elosztása és érmefeldobás”. Theoretical Computer Science 560, 7–11 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.tcs.2014.05.025

[4] Dominic Mayers és Andrew Yao. „Kvantumkriptográfia tökéletlen apparátussal”. Proceedings of the 39th Annual Symposium on Foundations of Computer Science (1998).

[5] Dominic Mayers és Andrew Yao. „Öntesztelő kvantumkészülék”. Kvantum Info. Comput. 4, 273–286 (2004).

[6] Umesh Vazirani és Thomas Vidick. „Teljesen eszközfüggetlen kvantumkulcs-elosztás”. Physical Review Letters 113 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.113.140501

[7] Rotem Arnon-Friedman, Frédéric Dupuis, Omar Fawzi, Renato Renner és Thomas Vidick. „Gyakorlati eszközfüggetlen kvantumkriptográfia entrópia-akkumuláción keresztül”. 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 és mások. „Harangtétel által hitelesített véletlen számok”. Nature 464, 1021–1024 (2010).
https://​/​doi.org/​10.1038/​nature09008

[9] Antonio Acín, Serge Massar és Stefano Pironio. „Véletlenség versus nem lokalitás és összefonódás”. 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 és Jonathan Silman. „Gyenge érmefeldobás eszközfüggetlen beállításban”. A 6. kvantumszámítás-, kommunikáció- és kriptográfiaelméleti konferencia átdolgozott válogatott tanulmányaiban – 6745. kötet, 1–12. TQC 2011 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-54429-3_1

[11] Ricardo Faleiro és Manuel Goulão. „Eszközfüggetlen kvantumengedélyezés a Clauser-Horne-Shimony-Holt játékon alapul”. 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 és J.-D. Bancal. „Kísérleti kvantumkulcs-eloszlás a Bell-tétellel igazolva”. 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 és Harald Weinfurter. „Eszközfüggetlen kvantumkulcs-elosztó rendszer távoli felhasználók számára”. 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 és Jian-Wei Pan. „Az eszközfüggetlen kvantumkulcs-eloszlás fotonikus demonstrációja felé”. Phys. Rev. Lett. 129, 050502 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.129.050502

[15] Marcin Pawłowski és Nicolas Brunner. „Félig eszközfüggetlen biztonság az egyirányú kvantumkulcs-elosztáshoz”. Phys. Rev. A 84, 010302 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.84.010302

[16] Anubhav Chaturvedi, Maharshi Ray, Ryszard Veynar és Marcin Pawłowski. „A félig eszközfüggetlen QKD protokollok biztonságáról”. Quantum Information Processing 17, 131 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1007/​s11128-018-1892-z

[17] Armin Tavakoli, Jędrzej Kaniewski, Vértesi Tamás, Denis Rosset és Nicolas Brunner. „Önellenőrző kvantumállapotok és mérések az előkészítés és mérés forgatókönyvében”. Phys. Rev. A 98, 062307 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.98.062307

[18] Tavakoli Ármin. „Független kvantumállapot- és mérőeszközök félig eszközfüggetlen tanúsítása”. 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-Patron és Stefano Pironio. „Természetes fizikai feltevéseken alapuló félig eszközfüggetlen keretrendszer”. Quantum 1, 33 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2017-11-18-33

[20] Armin Tavakoli, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Erik Woodhead és Stefano Pironio. „Információslag korlátozott korrelációk: általános keretrendszer a klasszikus és kvantumrendszerekhez”. Quantum 6, 620 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-01-05-620

[21] Armin Tavakoli, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Erik Woodhead és Stefano Pironio. „Információslag korlátozott korrelációk: általános keretrendszer a klasszikus és kvantumrendszerekhez”. Quantum 6, 620 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-01-05-620

[22] Weixu Shi, Yu Cai, Jonatan Bohr Brask, Hugo Zbinden és Nicolas Brunner. „A kvantummérések félig eszközfüggetlen jellemzése minimális átfedési feltételezés mellett”. Phys. Rev. A 100, 042108 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.100.042108

[23] Hasan Iqbal és Walter O. Krawec. „Félkvantum kriptográfia”. Quantum Information Processing 19, 97 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11128-020-2595-9

[24] Michel Boyer, Ran Gelles, Dan Kenigsberg és Tal Mor. „Semikvantumkulcs-eloszlás”. 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 és Philip Walther. „Kísérleti félkvantumkulcs-elosztás klasszikus felhasználókkal”. Quantum 6, 819 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-09-22-819

[26] Flavio Del Santo és Borivoje Dakić. „Koherencia egyenlőség és kommunikáció kvantum-szuperpozícióban”. Physical Review Letters 124 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.124.190501

[27] Lieven Vandenberghe és Stephen Boyd. „Félig határozott programozás”. SIAM Rev. 38, 49–95 (1996).
https://​/​doi.org/​10.1137/​1038003

[28] F. Pál Károly és Vértesi Tamás. „Magasabb dimenziós hilbert-terek hatékonysága a harangegyenlőtlenségek megsértésére”. Phys. Rev. A 77, 042105 (2008).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.77.042105

[29] Matthew McKague, Michele Mosca és Nicolas Gisin. „Kvantumrendszerek szimulálása valódi hilbert-terek felhasználásával”. Phys. Rev. Lett. 102, 020505 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.102.020505

[30] KC Toh, MJ Todd és RH Tüüncü. „Sdpt3 – Matlab szoftvercsomag félig meghatározott programozáshoz, 1.3-as verzió”. Optimization Methods and Software 11, 545–581 (1999).
https://​/​doi.org/​10.1080/​10556789908805762

[31] Reinhard F. Werner és Michael M. Wolf. „Harangegyenlőtlenségek és összefonódás” (2001). arXiv:quant-ph/​0107093.
arXiv:quant-ph/0107093

[32] J. Lofberg. „Yalmip: egy eszköztár a Matlab modellezéshez és optimalizáláshoz”. 2004-ben az IEEE Robotics and Automation Nemzetközi Konferenciája (IEEE Cat. No.04CH37508). 284–289. oldal. (2004).
https://​/​doi.org/​10.1109/​CACSD.2004.1393890

[33] Sébastien Designolle, Roope Uola, Kimmo Luoma és Nicolas Brunner. „Set koherencia: A kvantumkoherencia alapfüggetlen kvantifikálása”. Phys. Rev. Lett. 126, 220404 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.126.220404

[34] Rafael Wagner, Rui Soares Barbosa és Ernesto F. Galvão. „A koherenciát, a nem lokalitást és a kontextualitást mutató egyenlőtlenségek” (2023). arXiv:2209.02670.
arXiv: 2209.02670

[35] Kazuoki Azuma. „Bizonyos függő valószínűségi változók súlyozott összegei”. Tohoku Math. J. (2) 19, 357–367 (1967).
https://​/​doi.org/​10.2748/​tmj/​1178243286

[36] Renato Renner. „A kvantumkulcs-elosztás biztonsága”. International Journal of Quantum Information 6, 1–127 (2008).
https://​/​doi.org/​10.1142/​S0219749908003256

[37] Robert Konig, Renato Renner és Christian Schaffner. „A min- és max-entrópia működési jelentése”. IEEE Transactions on Information Theory 55, 4337–4347 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1109/​tit.2009.2025545

Idézi

Ez a tanulmány a Quantumban jelent meg Creative Commons Nevezd meg 4.0 International (CC BY 4.0) engedély. A szerzői jog az eredeti szerzői jog tulajdonosainál marad, például a szerzőknél vagy intézményeiknél.

Időbélyeg:

Még több Quantum Journal