Игра, свидетельствующая о когерентности, и приложения для полунезависимого от устройства квантового распределения ключей

Игра, свидетельствующая о когерентности, и приложения для полунезависимого от устройства квантового распределения ключей

Отметка времени: 22 августа 2023 г., 10:22
Исходный узел: 2839411

Марио Силва1, Рикардо Фалейро2, Пауло Матеус2,3и Эммануэль Замбрини Крузейро2

1Университет Лотарингии, CNRS, Инрия, Лория, F-54000 Нанси, Франция
2Институт телекоммуникаций, 1049-001, Лиссабон, Португалия
3Департамент математики, Высший технический институт, Avenida Rovisco Pais 1049-001, Лиссабон, Португалия

Находите эту статью интересной или хотите обсудить? Scite или оставить комментарий на SciRate.

Абстрактные

Полу-независимое от устройства распределение квантовых ключей направлено на достижение баланса между высочайшим уровнем безопасности, независимостью устройства и экспериментальной осуществимостью. Полуквантовое распределение ключей представляет собой интригующий подход, который направлен на то, чтобы свести к минимуму зависимость пользователей от квантовых операций при сохранении безопасности, что позволяет разрабатывать упрощенные и аппаратно отказоустойчивые квантовые протоколы. В этой работе мы представляем основанный на когерентности, полунезависимый от устройства, полуквантовый протокол распределения ключей, построенный на устойчивой к шуму версии игры на равенство когерентности, которая свидетельствует о различных типах когерентности. Безопасность доказана в модели ограниченного квантового хранилища, требующей от пользователей реализации только классических операций, в частности обнаружения с фиксированной базой.

Популярное резюме

Аппаратно-независимая криптография направлена ​​на обеспечение безопасности с минимальными предположениями об используемых устройствах. Альтернативно, цель полуквантовой перспективы состоит в том, чтобы уменьшить зависимость пользователей от квантовых операций, сохраняя при этом безопасность, основанную на принципах квантовой механики. В этой работе мы расширяем игру на равенство когерентности до сценария, устойчивого к шуму, и демонстрируем ее способность статистически различать три типа ресурсов когерентности: некогерентные, разделимые когерентные и запутанные когерентные состояния. Опираясь на игру, мы представляем экспериментальный протокол квантового распределения ключей. В этом протоколе Алисе и Бобу нужно только выполнять доверенное обнаружение частиц в своих лабораториях, в то время как остальные компоненты протокола считаются ненадежными. Следовательно, этот протокол можно точно охарактеризовать как полунезависимый от устройства и полуквантовый, что демонстрирует совместимость обеих платформ.

► Данные BibTeX

► Рекомендации

[1] МС Шарбаф. «Квантовая криптография: новая технология сетевой безопасности». Международная конференция IEEE 2011 г. по технологиям внутренней безопасности (HST), страницы 13–19 (2011 г.).
https://doi.org/10.1109/THS.2011.6107841

[2] Питер В. Шор. «Алгоритмы полиномиального времени для факторизации простых чисел и дискретных логарифмов на квантовом компьютере». SIAM J. Comput., 26(5), 1484–1509 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795293172

[3] Чарльз Х. Беннет и Жиль Брассар. «Квантовая криптография: распространение открытых ключей и подбрасывание монет». Теоретическая информатика 560, 7–11 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.tcs.2014.05.025

[4] Доминик Майерс и Эндрю Яо. «Квантовая криптография с несовершенной аппаратурой». Материалы 39-го ежегодного симпозиума по основам информатики (1998).

[5] Доминик Майерс и Эндрю Яо. «Самотестирование квантового аппарата». Квантовая информация. вычисл. 4, 273–286 (2004).

[6] Умеш Вазирани и Томас Видик. «Полностью независимое от устройства распределение квантовых ключей». Письма о физическом обзоре 113 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.113.140501

[7] Ротем Арнон-Фридман, Фредерик Дюпюи, Омар Фавзи, Ренато Реннер и Томас Видик. «Практическая аппаратно-независимая квантовая криптография посредством накопления энтропии». Сообщения о природе 9, 459 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-017-02307-4

[8] С. Пиронио, А. Асин, С. Массар, А. Бойер де ла Жироде, Д. Н. Мацукевич, П. Маунц, С. Олмшенк, Д. Хейс, Л. Луо, Т. А. Мэннинг и др. «Случайные числа, подтвержденные теоремой Белла». Природа 464, 1021–1024 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature09008

[9] Антонио Асин, Серж Массар и Стефано Пиронио. «Случайность против нелокальности и запутанности». физ. Преподобный Летт. 108, 100402 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.100402

[10] Нати Аарон, Андре Шайу, Иорданис Керенидис, Серж Массар, Стефано Пиронио и Джонатан Силман. «Слабый подброс монеты в настройках, не зависящих от устройства». В переработанных избранных статьях 6-й конференции по теории квантовых вычислений, связи и криптографии - том 6745, стр. 1–12. ТКК 2011 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-54429-3_1

[11] Рикардо Фалейро и Мануэль Гулан. «Аппаратно-независимая квантовая авторизация на основе игры Клаузера-Хорна-Шимони-Холта». физ. Ред. А 103, 022430 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.022430

[12] Надлингер Д.П., Дрмота П., Николь Б.С., Аранеда Г., Мейн Д., Шринивас Р., Лукас Д.М., Балланс К.Дж., Иванов К., Э.Я.-З. Тан, П. Секатски, Р.Л. Урбанке, Р. Реннер, Н. Сангуард и Ж.-Д. банк. «Экспериментальное квантовое распределение ключей, подтвержденное теоремой Белла». Природа 607, 682–686 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04941-5

[13] Вэй Чжан, Тим ван Леент, Кай Редекер, Роберт Гартофф, Рене Швоннек, Флориан Фертиг, Себастьян Эппельт, Венджамин Розенфельд, Валерио Скарани, Чарльз К.-В. Лим и Харальд Вайнфуртер. «Независимая от устройства система распределения квантовых ключей для удаленных пользователей». Природа 607, 687–691 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-022-04891-й

[14] Вэнь-Чжао Лю, Ю-Чжэ Чжан, И-Чжэн Чжэнь, Мин-Хань Ли, Ян Лю, Цзинюнь Фан, Фейху Сюй, Цян Чжан и Цзянь-Вэй Пань. «На пути к фотонной демонстрации аппаратно-независимого квантового распределения ключей». физ. Преподобный Летт. 129, 050502 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.050502

[15] Марцин Павловский и Николас Бруннер. «Полу-устройство-независимая безопасность одностороннего квантового распределения ключей». физ. Ред. А 84, 010302 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.84.010302

[16] Анубхав Чатурведи, Махарши Рэй, Рышард Вейнар и Марцин Павловский. «О безопасности полуаппаратно-независимых протоколов QKD». Квантовая обработка информации 17, 131 (2018).
HTTPS: / / doi.org/ 10.1007 / s11128-018-1892-г

[17] Армин Таваколи, Енджей Каневски, Тамаш Вертези, Денис Россе и Николя Бруннер. «Самотестирование квантовых состояний и измерений в сценарии подготовки и измерения». физ. Ред. А 98, 062307 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062307

[18] Армин Таваколи. «Полу-независимая от устройства сертификация независимых устройств измерения и квантового состояния». физ. Преподобный Летт. 125, 150503 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.150503

[19] Томас Ван Химбек, Эрик Вудхед, Николас Дж. Серф, Рауль Гарсиа-Патрон и Стефано Пиронио. «Полу-устройство-независимая структура, основанная на естественных физических предположениях». Квант 1, 33 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2017-11-18-33

[20] Армин Таваколи, Эммануэль Замбрини Крузейро, Эрик Вудхед и Стефано Пиронио. «Информационно ограниченные корреляции: общая основа для классических и квантовых систем». Квант 6, 620 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-01-05-620

[21] Армин Таваколи, Эммануэль Замбрини Крузейро, Эрик Вудхед и Стефано Пиронио. «Информационно ограниченные корреляции: общая основа для классических и квантовых систем». Квант 6, 620 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-01-05-620

[22] Вэйсюй Ши, Юй Цай, Джонатан Бор Браск, Хьюго Збинден и Николас Бруннер. «Полу-независимая от устройства характеристика квантовых измерений при предположении минимального перекрытия». физ. Ред. А 100, 042108 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.042108

[23] Хасан Икбал и Уолтер О. Кравец. «Полуквантовая криптография». Квантовая обработка информации 19, 97 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11128-020-2595-9

[24] Мишель Бойер, Ран Геллес, Дэн Кенигсберг и Таль Мор. «Полуквантовое распределение ключей». физ. Ред. А 79, 032341 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.032341

[25] Франческо Масса, Прити Ядав, Амир Моканаки, Уолтер О. Кравец, Пауло Матеус, Никола Паункович, Андре Соуто и Филип Вальтер. «Экспериментальное полуквантовое распределение ключей с классическими пользователями». Квант 6, 819 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-09-22-819

[26] Флавио Дель Санто и Боривое Дакич. «Равенство когерентности и связь в квантовой суперпозиции». Письма о физическом обзоре 124 (2020 г.).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.124.190501

[27] Ливен Ванденберге и Стивен Бойд. «Полуопределенное программирование». SIAM Rev. 38, 49–95 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 1038003

[28] Карой Ф. Пал и Тамаш Вертези. «Эффективность гильбертовых пространств более высокой размерности при нарушении неравенств Белла». физ. Ред. А 77, 042105 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.77.042105

[29] Мэтью МакКейг, Мишель Моска и Николя Жизен. «Моделирование квантовых систем с использованием реальных гильбертовых пространств». физ. Преподобный Летт. 102, 020505 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.020505

[30] К.С. Тох, М.Дж. Тодд и Р.Х. Тютюнджю. «Sdpt3 — пакет программ Matlab для полуопределенного программирования, версия 1.3». Методы оптимизации и программное обеспечение 11, 545–581 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 10556789908805762

[31] Рейнхард Ф. Вернер и Майкл М. Вольф. «Неравенства Белла и запутанность» (2001). arXiv:quant-ph/​0107093.
Arxiv: колич-фот / 0107093

[32] Дж. Лофберг. «Ялмип: набор инструментов для моделирования и оптимизации в Matlab». В 2004 г. прошла Международная конференция IEEE по робототехнике и автоматизации (номер по каталогу IEEE 04CH37508). Страницы 284–289. (2004).
https: / / doi.org/ 10.1109 / CACSD.2004.1393890

[33] Себастьян Дизайноль, Рупе Уола, Киммо Луома и Николя Бруннер. «Когерентность множеств: независимая от базиса количественная оценка квантовой когерентности». физ. Преподобный Летт. 126, 220404 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.220404

[34] Рафаэль Вагнер, Руй Соареш Барбоза и Эрнесто Ф. Гальван. «Неравенства, свидетельствующие о согласованности, нелокальности и контекстуальности» (2023). arXiv: 2209.02670.
Arxiv: 2209.02670

[35] Казуоки Адзума. «Взвешенные суммы некоторых зависимых случайных величин». Тохоку Математика. Дж. (2) 19, 357–367 (1967).
https://​/​doi.org/​10.2748/​tmj/​1178243286

[36] Ренато Реннер. «Безопасность распределения квантовых ключей». Международный журнал квантовой информации 6, 1–127 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749908003256

[37] Роберт Кениг, Ренато Реннер и Кристиан Шаффнер. «Практическое значение минимальной и максимальной энтропии». Транзакции IEEE по теории информации 55, 4337–4347 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1109 / tit.2009.2025545

Цитируется

Эта статья опубликована в Quantum под Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) лицензия. Авторское право остается за первоначальными правообладателями, такими как авторы или их учреждения.

Отметка времени:

Больше от Квантовый журнал