משחק המוכיח קוהרנטיות ויישומים להפצת מפתח קוונטי בלתי תלוי למחצה

משחק המוכיח קוהרנטיות ויישומים להפצת מפתח קוונטי בלתי תלוי למחצה

חותמת זמן: 22 באוגוסט, 2023 10:22
צומת המקור: 2839411

מריו סילבה1, ריקרדו פליירו2, פאולו מטאוס2,3, ועמנואל זמבריני קרוזיירו2

1אוניברסיטת לוריין, CNRS, אינריה, לוריה, F-54000 ננסי, צרפת
2Instituto de Telecomunicações, 1049-001, ליסבון, פורטוגל
3Departamento de Matemática, Instituto Superior Técnico, Avenida Rovisco Pais 1049-001, ליסבון, פורטוגל

מצא את העיתון הזה מעניין או רוצה לדון? סקייט או השאירו תגובה ב- SciRate.

תַקצִיר

חלוקת מפתח קוונטי בלתי תלוי למחצה שמה לה למטרה להשיג איזון בין רמת האבטחה הגבוהה ביותר, עצמאות המכשיר והיתכנות ניסיונית. הפצת מפתחות למחצה קוונטיים מציגה גישה מסקרנת השואפת למזער את הסתמכות המשתמשים על פעולות קוונטיות תוך שמירה על אבטחה, ובכך לאפשר פיתוח של פרוטוקולים קוונטיים מפושטים וסובלני תקלות בחומרה. בעבודה זו אנו מציגים פרוטוקול הפצת מפתחות חצי קוונטי מבוסס קוהרנטיות, בלתי תלוי במכשיר למחצה, המבוסס על גרסה עמידה ברעש של משחק שוויון קוהרנטיות, אשר עדים לסוגים שונים של קוהרנטיות. האבטחה מוכחת במודל האחסון הקוונטי מוגבל, המחייב את המשתמשים ליישם רק פעולות קלאסיות, במיוחד זיהויים על בסיס קבוע.

סיכום פופולרי

קריפטוגרפיה בלתי תלויה במכשיר שואפת לבסס אבטחה עם הנחות מינימליות לגבי המכשירים שבהם נעשה שימוש. לחלופין, המטרה של הפרספקטיבה החצי קוונטית היא להפחית את הסתמכות המשתמשים על פעולות קוונטיות תוך הבטחת אבטחה המבוססת על עקרונות מכניקת הקוונטים. בעבודה זו, אנו מרחיבים משחק שוויון קוהרנטי לתרחיש איתן רעש ומדגים את יכולתו להבדיל סטטיסטית בין שלושה סוגים של משאבי קוהרנטיות: מצבים קוהרנטיים לא קוהרנטיים, קוהרנטיים ניתנים להפרדה ומצבים קוהרנטיים סבוכים. בהתבסס על המשחק, אנו מציגים פרוטוקול הפצת מפתח קוונטי מוכח. בפרוטוקול זה, אליס ובוב צריכים רק לבצע זיהוי חלקיקים מהימנים במעבדות שלהם, בעוד ששאר הרכיבים של הפרוטוקול נחשבים ללא מהימנים. כתוצאה מכך, ניתן לאפיין את הפרוטוקול הזה במדויק כבלתי תלוי במכשיר למחצה וגם קוונטי למחצה, המציג את התאימות של שתי המסגרות.

► נתוני BibTeX

► הפניות

[1] מ.ס. שרבאף. "הצפנה קוונטית: טכנולוגיה מתפתחת באבטחת רשת". 2011 IEEE International Conference on Technologies for Homeland Security (HST) עמודים 13–19 (2011).
https://doi.org/​10.1109/​THS.2011.6107841

[2] פיטר וו. שור. "אלגוריתמים של זמן פולינומי לפירוק ראשוני ולוגריתמים בדידים במחשב קוונטי". SIAM J. Comput., 26(5), 1484–1509 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795293172

[3] צ'ארלס ה' בנט וג'יל בראסארד. "הצפנה קוונטית: הפצת מפתח ציבורי והטלת מטבעות". מדעי המחשב עיוני 560, 7–11 (2014).
https: / doi.org/â € ‹10.1016 / j.tcs 2014.05.025

[4] דומיניק מאיירס ואנדרו יאו. "הצפנה קוונטית עם מנגנון לא מושלם". הליכים של הסימפוזיון השנתי ה-39 על יסודות מדעי המחשב (1998).

[5] דומיניק מאיירס ואנדרו יאו. "מנגנון קוונטי לבדיקה עצמית". מידע קוונטי. מחשוב. 4, 273–286 (2004).

[6] אומש וזיראני ותומס וידיק. "הפצה בלתי תלויה לחלוטין של מפתח קוונטי" מכתבי סקירה פיזית 113 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.113.140501

[7] רותם ארנון-פרידמן, פרדריק דופוי, עומר פאוזי, רנאטו רנר ותומאס וידיק. "הצפנה קוונטית בלתי תלויה במכשיר באמצעות הצטברות אנטרופיה". תקשורת טבע 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, and et al. "מספרים אקראיים מאושרים על ידי משפט הפעמון". טבע 464, 1021–1024 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature09008

[9] אנטוניו אסין, סרג' מסאר וסטפנו פירוניו. "אקראיות מול חוסר מקומיות והסתבכות". פיזי. הכומר לט. 108, 100402 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.100402

[10] נתי אהרון, אנדרה שיילו, Iordanis Kerenidis, סרג' מסאר, סטפנו פירוניו וג'ונתן סילמן. "הטלת מטבע חלש בהגדרה בלתי תלויה במכשיר". במסמכים נבחרים מתוקנים של הכנס השישי בנושא תורת חישוב קוונטי, תקשורת וקריפטוגרפיה - כרך 6, עמ' 6745–1. TQC 12 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-54429-3_1

[11] ריקרדו פליירו ומנואל גולאו. "הרשאה קוונטית בלתי תלויה במכשיר המבוססת על משחק קלאוזר-הורן-שימוני-הולט". פיזי. 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, and J.-D. בנקל. "הפצה נסיונית של מפתח קוונטי מאושרת על ידי משפט הפעמון". טבע 607, 682–686 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04941-5

[13] ווי ג'אנג, טים ואן לינט, קאי רדקר, רוברט גארטהוף, רנה שוונק, פלוריאן פרטיג, סבסטיאן אפלט, וונג'מין רוזנפלד, ולריו סקאראני, צ'ארלס סי-וו. לים, והאראלד וינפורטר. "מערכת הפצת מפתח קוונטי בלתי תלויה במכשיר למשתמשים מרוחקים". טבע 607, 687–691 (2022).
https: / doi.org/â € ‹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, ו-Jian-Wei Pan. "לקראת הדגמה פוטונית של הפצת מפתח קוונטי בלתי תלוי במכשיר". פיזי. הכומר לט. 129, 050502 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.050502

[15] מרסין פאלובסקי וניקולס ברונר. "אבטחה בלתי תלויה במכשיר למחצה של הפצת מפתח קוונטי חד כיווני". פיזי. ר' א 84, 010302 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.84.010302

[16] אנובהב צ'טורוודי, מהרשי ריי, רישארד ווינר ומרצין פאלובסקי. "על האבטחה של פרוטוקולי QKD בלתי תלויים למחצה". Quantum Information Processing 17, 131 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1007 / s11128-018-1892-z

[17] ארמין טבאקולי, ג'דרז' קנייבסקי, תמאס ורטסי, דניס רוסט וניקולס ברונר. "בדיקה עצמית של מצבים קוונטיים ומדידות בתרחיש ההכנה והמדידה". פיזי. ר' א 98, 062307 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062307

[18] ארמין טבאקולי. "הסמכה בלתי תלויה במכשיר למחצה של מכשירי מדידה ומצב קוונטי עצמאי". פיזי. הכומר לט. 125, 150503 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.150503

[19] תומאס ואן הימבק, אריק וודהד, ניקולס ג'יי צרף, ראול גרסיה-פטרון וסטפנו פירוניו. "מסגרת בלתי תלויה במכשיר למחצה המבוססת על הנחות פיזיות טבעיות". קוונטים 1, 33 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2017-11-18-33

[20] ארמין טבאקולי, עמנואל זמבריני קרוזיירו, אריק וודהד וסטפנו פירוניו. "מתאמים מוגבלים מבחינה מידעית: מסגרת כללית למערכות קלאסיות וקוונטיות". Quantum 6, 620 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-01-05-620

[21] ארמין טבאקולי, עמנואל זמבריני קרוזיירו, אריק וודהד וסטפנו פירוניו. "מתאמים מוגבלים מבחינה מידעית: מסגרת כללית למערכות קלאסיות וקוונטיות". Quantum 6, 620 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-01-05-620

[22] Weixu Shi, Yu Cai, Jonatan Bohr Brask, Hugo Zbinden וניקולס ברונר. "אפיון בלתי תלוי במכשיר למחצה של מדידות קוונטיות תחת הנחת חפיפה מינימלית". פיזי. Rev. A 100, 042108 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.042108

[23] חסן איקבל ו-וולטר או. קראבץ. "הצפנה חצי קוונטית". Quantum Information Processing 19, 97 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11128-020-2595-9

[24] מישל בוייר, רן גלס, דן קניגסברג וטל מור. "חלוקת מפתחות למחצה". פיזי. ר' א 79, 032341 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.032341

[25] פרנצ'סקו מאסה, פריטי ידב, אמיר מוקנאקי, וולטר או. קראבץ', פאולו מאטאוס, ניקולה פאונקוביץ', אנדרה סוטו ופיליפ וולטר. "הפצת מפתחות חצי-קוונטית ניסויית עם משתמשים קלאסיים". Quantum 6, 819 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-09-22-819

[26] פלביו דל סנטו ובוריבויה דקיץ'. "קוהרנטיות שוויון ותקשורת בסופרפוזיציה קוונטית". Physical Review Letters 124 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.124.190501

[27] לייבן ונדנברגה וסטיבן בויד. "תכנות חצי מוגדר". SIAM Rev. 38, 49–95 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 1038003

[28] Károly F. Pál ו Tamás Vértesi. "יעילות של מרחבי הילברט בממדים גבוהים יותר להפרה של אי שוויון פעמון". פיזי. ר' א 77, 042105 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.77.042105

[29] מתיו מקאג', מישל מוסקה וניקולס גיסין. "הדמיית מערכות קוונטיות באמצעות חללי הילברט אמיתיים". פיזי. הכומר לט. 102, 020505 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.020505

[30] KC Toh, MJ Todd ו-RH Tütüncü. "Sdpt3 - חבילת תוכנת matlab לתכנות חצי מוגדר, גרסה 1.3". שיטות אופטימיזציה ותוכנות 11, 545–581 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 10556789908805762

[31] ריינהרד פ. ורנר ומיכאל מ. וולף. "אי-שוויון והסתבכות בפעמון" (2001). arXiv:quant-ph/​0107093.
arXiv: quant-ph / 0107093

[32] ג'יי לופברג. "Yalmip: ארגז כלים למידול ואופטימיזציה ב-matlab". בשנת 2004 כנס IEEE הבינלאומי על רובוטיקה ואוטומציה (IEEE Cat. No.04CH37508). עמודים 284–289. (2004).
https: / / doi.org/ 10.1109 / CACSD.2004.1393890

[33] Sébastien Designolle, Roope Uola, Kimmo Luoma וניקולס ברונר. "קוהרנטיות סט: כימות בלתי תלוי בבסיס של קוהרנטיות קוונטית". פיזי. הכומר לט. 126, 220404 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.220404

[34] רפאל וגנר, רוי סוארס ברבוסה, וארנסטו פ. גלואו. "אי-שוויון המעיד על קוהרנטיות, אי-לוקאליות והקשריות" (2023). arXiv:2209.02670.
arXiv: 2209.02670

[35] קאזוקי אזומה. "סכומים משוקללים של משתנים אקראיים תלויים מסוימים". טוהוקו מתמטיקה. י (2) 19, 357–367 (1967).
https://doi.org/​10.2748/​tmj/​1178243286

[36] רנאטו רנר. "אבטחת הפצת מפתח קוונטי". International Journal of Quantum Information 6, 1–127 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749908003256

[37] רוברט קוניג, רנאטו רנר וכריסטיאן שפנר. "המשמעות המבצעית של אנטרופיה מינימלית ומקסימלית". IEEE Transactions on Information Theory 55, 4337–4347 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1109 / tit.2009.2025545

מצוטט על ידי

מאמר זה מתפרסם בקוונטים תחת התקציב ייחוס Creative Commons 4.0 הבינלאומי (CC BY 4.0) רישיון. זכויות יוצרים נשארות עם בעלי זכויות היוצרים המקוריים כמו המחברים או מוסדותיהם.

בול זמן:

עוד מ יומן קוונטים