Et koherensvitne spill og applikasjoner til semi-enhetsuavhengig kvantenøkkeldistribusjon

Publisert av Platon

Følgere: 0

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

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

Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Semi-enhetsuavhengig kvantenøkkeldistribusjon har som mål å oppnå en balanse mellom det høyeste sikkerhetsnivået, enhetsuavhengighet og eksperimentell gjennomførbarhet. Semi-kvantenøkkeldistribusjon presenterer en spennende tilnærming som søker å minimere brukernes avhengighet av kvanteoperasjoner samtidig som sikkerheten opprettholdes, og dermed muliggjøre utviklingen av forenklede og maskinvarefeiltolerante kvanteprotokoller. I dette arbeidet introduserer vi en koherensbasert, semi-enhetsuavhengig, semi-kvantenøkkeldistribusjonsprotokoll bygget på en støyrobust versjon av et koherenslikhetspill som er vitne til ulike typer koherens. Sikkerhet er bevist i den avgrensede kvantelagringsmodellen, som krever at brukere bare implementerer klassiske operasjoner, spesifikt deteksjoner på fast basis.

Populært sammendrag

Enhetsuavhengig kryptografi har som mål å etablere sikkerhet med minimale forutsetninger om enhetene som brukes. Alternativt er målet med semikvanteperspektivet å redusere brukernes avhengighet av kvanteoperasjoner samtidig som sikkerheten er basert på kvantemekanikkens prinsipper. I dette arbeidet utvider vi et koherenslikhetspill til et støyrobust scenario og demonstrerer dets evne til å statistisk skille mellom tre typer koherensressurser: ikke-koherente, separerbare koherente og sammenfiltrede koherente tilstander. Bygger på spillet, presenterer vi en proof-of-concept kvantenøkkeldistribusjonsprotokoll. I denne protokollen trenger Alice og Bob bare å utføre pålitelige partikkeldeteksjoner i laboratoriene sine, mens de resterende komponentene i protokollen anses som uklarerte. Følgelig kan denne protokollen karakteriseres nøyaktig som både semi-enhetsuavhengig og semi-quantum, noe som viser kompatibiliteten til begge rammeverkene.

► BibTeX-data

@article{Silva2023coherencewitnessing, doi = {10.22331/q-2023-08-22-1090}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-08-22-1090}, tittel = {A coherence -vitne spill og applikasjoner til semi-enhetsuavhengig kvantenøkkeldistribusjon}, forfatter = {Silva, M{'{a}}rio og Faleiro, Ricardo og Mateus, Paulo og Cruzeiro, Emmanuel Zambrini}, journal = {{Quantum} }, issn = {2521-327X}, utgiver = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volum = {7}, sider = {1090}, måned = aug, år = {2023} }

► Referanser

[1] MS Sharbaf. "Kvantekryptografi: En fremvoksende teknologi innen nettverkssikkerhet". 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. "Polynomiske tidsalgoritmer for primfaktorisering og diskrete logaritmer på en kvantedatamaskin". SIAM J. Comput., 26(5), 1484–1509 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795293172

[3] Charles H. Bennett og Gilles Brassard. "Kvantekryptografi: Offentlig nøkkeldistribusjon og myntkasting". Teoretisk informatikk 560, 7–11 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.tcs.2014.05.025

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

[5] Dominic Mayers og Andrew Yao. "Selvtestende kvanteapparater". Kvanteinformasjon. Comput. 4, 273–286 (2004).

[6] Umesh Vazirani og Thomas Vidick. "Fullt enhetsuavhengig kvantenøkkeldistribusjon". 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 enhetsuavhengig 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. "Tilfeldige tall sertifisert av klokkens teorem". Nature 464, 1021–1024 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature09008

[9] Antonio Acín, Serge Massar og Stefano Pironio. "Tilfeldighet 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. "Svak myntvending i en enhetsuavhengig setting". I Revised Selected Papers of the 6th Conference on Theory of Quantum Computation, Communication, and Cryptography – Volume 6745, s.1–12. TQC 2011 (2011).
https://doi.org/10.1007/978-3-642-54429-3_1

[11] Ricardo Faleiro og Manuel Goulão. "Enhetsuavhengig kvanteautorisasjon basert 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. "Eksperimentell kvantenøkkeldistribusjon sertifisert av 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 enhetsuavhengig distribusjonssystem for kvantenøkkel for fjerntliggende brukere". 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. "Mot en fotonisk demonstrasjon av enhetsuavhengig kvantenøkkeldistribusjon". Phys. Rev. Lett. 129, 050502 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.050502

[15] Marcin Pawłowski og Nicolas Brunner. "Semi-enhetsuavhengig sikkerhet for enveis kvantenøkkeldistribusjon". 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 sikkerheten til semi-enhetsuavhengige 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 kvantetilstander og målinger i forberedelse-og-mål-scenariet". Phys. Rev. A 98, 062307 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062307

[18] Armin Tavakoli. "Halvenhetsuavhengig sertifisering av uavhengige kvantetilstands- og måleenheter". 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-enhetsuavhengig rammeverk basert på naturlige fysiske forutsetninger". 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. "Informasjonsbegrensede korrelasjoner: et generelt rammeverk 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. "Informasjonsbegrensede korrelasjoner: et generelt rammeverk 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-enhetsuavhengig karakterisering av kvantemålinger under en antakelse om minimum overlapping". 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. "Semiquantum nøkkeldistribusjon". 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. "Eksperimentell semi-kvantenøkkeldistribusjon med klassiske brukere". Quantum 6, 819 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-09-22-819

[26] Flavio Del Santo og Borivoje Dakić. "Koherens likhet og kommunikasjon i en kvantesuperposisjon". 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 av høyere dimensjonale hilbert-rom for brudd på klokkeulikheter". Phys. Rev. A 77, 042105 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.77.042105

[29] Matthew McKague, Michele Mosca og Nicolas Gisin. "Simulering av kvantesystemer ved bruk av ekte hilbert-rom". 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 programvarepakke for semidefinite programmering, versjon 1.3". Optimization Methods and Software 11, 545–581 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 10556789908805762

[31] Reinhard F. Werner og Michael M. Wolf. "Bell ulikheter og forviklinger" (2001). arXiv:quant-ph/0107093.
arxiv: Quant-ph / 0107093

[32] J. Lofberg. "Yalmip: en verktøykasse for modellering og optimalisering 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. "Sett koherens: Basisuavhengig kvantifisering av kvantekoherens". Phys. Rev. Lett. 126, 220404 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.220404

[34] Rafael Wagner, Rui Soares Barbosa og Ernesto F. Galvão. "Ulikheter som vitner om sammenheng, ikke-lokalitet og kontekstualitet" (2023). arXiv:2209.02670.
arxiv: 2209.02670

[35] Kazuoki Azuma. "Vektet summer av visse avhengige tilfeldige variabler". Tohoku Math. J. (2) 19, 357-367 (1967).
https:///doi.org/10.2748/tmj/1178243286

[36] Renato Renner. "Sikkerhet for distribusjon av kvantenøkkel". International Journal of Quantum Information 6, 1–127 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749908003256

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

Sitert av

Denne artikkelen er utgitt i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) tillatelse. Opphavsrett forblir hos de opprinnelige rettighetshaverne som forfatterne eller institusjonene deres.

SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
PlatoESG. Bil / elbiler, Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
ChartPrime. Hev handelsspillet ditt med ChartPrime. Tilgang her.
BlockOffsets. Modernisering av eierskap for miljøkompensasjon. Tilgang her.
kilde: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-08-22-1090/