เกมและแอพพลิเคชั่นที่เชื่อมโยงกันเพื่อการกระจายคีย์ควอนตัมแบบกึ่งอุปกรณ์อิสระ

เผยแพร่ซ้ำโดยเพลโต

ผู้ติดตาม: 0

มาริโอ ซิลวา¹ริคาร์โด้ ฟาเลโร่², เปาโล มาเตอุส^2,3และเอ็มมานูเอล ซัมบรินี่ ครูเซโร่²

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

พบบทความนี้ที่น่าสนใจหรือต้องการหารือ? Scite หรือแสดงความคิดเห็นใน SciRate.

นามธรรม

การกระจายคีย์ควอนตัมแบบไม่ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์กึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อให้เกิดความสมดุลระหว่างระดับความปลอดภัยสูงสุด ความเป็นอิสระของอุปกรณ์ และความเป็นไปได้ในการทดลอง การกระจายคีย์แบบกึ่งควอนตัมนำเสนอแนวทางที่น่าสนใจซึ่งพยายามลดการพึ่งพาการดำเนินการควอนตัมของผู้ใช้ ขณะเดียวกันก็รักษาความปลอดภัย ดังนั้นจึงทำให้เกิดการพัฒนาโปรโตคอลควอนตัมที่ทนทานต่อข้อผิดพลาดของฮาร์ดแวร์ได้ง่ายขึ้น ในงานนี้ เราขอแนะนำโปรโตคอลการกระจายคีย์กึ่งควอนตัมที่ใช้การเชื่อมโยงกัน เป็นอิสระจากอุปกรณ์กึ่งควอนตัม ซึ่งสร้างขึ้นจากเกมความเท่าเทียมกันในการเชื่อมโยงกันในเวอร์ชันที่แข็งแกร่งซึ่งพบเห็นการเชื่อมโยงกันประเภทต่างๆ การรักษาความปลอดภัยได้รับการพิสูจน์แล้วในรูปแบบการจัดเก็บข้อมูลควอนตัมแบบมีขอบเขต โดยกำหนดให้ผู้ใช้ต้องใช้เฉพาะการดำเนินการแบบคลาสสิกเท่านั้น โดยเฉพาะการตรวจจับพื้นฐานแบบคงที่

สรุปยอดนิยม

การเข้ารหัสที่ไม่ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์มีจุดมุ่งหมายเพื่อสร้างความปลอดภัยโดยมีข้อสันนิษฐานน้อยที่สุดเกี่ยวกับอุปกรณ์ที่ใช้ อีกทางหนึ่ง เป้าหมายของมุมมองแบบกึ่งควอนตัมคือการลดการพึ่งพาการดำเนินการควอนตัมของผู้ใช้ ขณะเดียวกันก็รับประกันความปลอดภัยตามหลักการของกลศาสตร์ควอนตัม ในงานนี้ เราได้ขยายเกมความเท่าเทียมในการเชื่อมโยงกันไปสู่สถานการณ์จำลองที่มีเสียงรบกวน และแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการสร้างความแตกต่างทางสถิติระหว่างทรัพยากรการเชื่อมโยงกันสามประเภท ได้แก่ สถานะที่ไม่สอดคล้องกัน การเชื่อมโยงกันที่แยกจากกันไม่ได้ และสถานะที่สอดคล้องกันที่พันกัน จากตัวเกม เราได้นำเสนอโปรโตคอลการกระจายคีย์ควอนตัมที่พิสูจน์แนวคิดได้ ในโปรโตคอลนี้ Alice และ Bob ต้องทำการตรวจจับอนุภาคที่เชื่อถือได้ภายในห้องปฏิบัติการของตนเท่านั้น ในขณะที่ส่วนประกอบที่เหลือของโปรโตคอลถือว่าไม่น่าเชื่อถือ ด้วยเหตุนี้ โปรโตคอลนี้สามารถระบุลักษณะได้อย่างแม่นยำทั้งแบบกึ่งอุปกรณ์อิสระและกึ่งควอนตัม ซึ่งแสดงให้เห็นความเข้ากันได้ของทั้งสองเฟรมเวิร์ก

► ข้อมูล BibTeX

@article{Silva2023coherencewitnessing, doi = {10.22331/q-2023-08-22-1090}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-08-22-1090}, title = {การเชื่อมโยงกัน - ร่วมเป็นสักขีพยานในเกมและแอปพลิเคชันเพื่อการแจกจ่ายคีย์ควอนตัมแบบกึ่งอุปกรณ์อิสระ} ผู้แต่ง = {Silva, M{'{a}}rio และ Faleiro, Ricardo และ Mateus, Paulo และ Cruzeiro, Emmanuel Zambrini}, วารสาร = {{Quantum} }, issn = {2521-327X}, ผู้เผยแพร่ = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, ปริมาณ = {7}, หน้า = {1090}, เดือน = ส.ค. ปี = {2023} }

► ข้อมูลอ้างอิง

[1] เอ็มเอส ชาบัฟ “การเข้ารหัสควอนตัม: เทคโนโลยีใหม่ในการรักษาความปลอดภัยเครือข่าย” การประชุมนานาชาติ IEEE ปี 2011 เรื่องเทคโนโลยีเพื่อความมั่นคงแห่งมาตุภูมิ (HST) หน้า 13–19 (2011)
https:///doi.org/10.1109/THS.2011.6107841

[2] ปีเตอร์ ดับเบิลยู. ชอร์ “อัลกอริธึมเวลาพหุนามสำหรับการแยกตัวประกอบเฉพาะและลอการิทึมแบบไม่ต่อเนื่องบนคอมพิวเตอร์ควอนตัม” สยาม เจ. คอมพิวเตอร์, 26(5), 1484–1509 (1997)
https://doi.org/10.1137/S0097539795293172

[3] Charles H. Bennett และ Gilles Brassard “การเข้ารหัสควอนตัม: การกระจายคีย์สาธารณะและการโยนเหรียญ” วิทยาการคอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎี 560, 7–11 (2014)
https://doi.org/10.1016/j.tcs.2014.05.025

[4] โดมินิก เมเยอร์ส และ แอนดรูว์ เหยา “การเข้ารหัสควอนตัมด้วยเครื่องมือที่ไม่สมบูรณ์” การดำเนินการของการประชุมวิชาการประจำปีครั้งที่ 39 เรื่องรากฐานของวิทยาการคอมพิวเตอร์ (1998)

[5] โดมินิก เมเยอร์ส และ แอนดรูว์ เหยา “เครื่องควอนตัมทดสอบตัวเอง” ข้อมูลควอนตัม คอมพิวเตอร์ 4, 273–286 (2004)

[6] อูเมช วาซิรานี และโธมัส วิดิก “การกระจายควอนตัมคีย์ที่ไม่ขึ้นกับอุปกรณ์โดยสมบูรณ์” จดหมายทบทวนทางกายภาพ 113 (2014)
https://doi.org/10.1103/physrevlett.113.140501

[7] Rotem Arnon-Friedman, Frédéric Dupuis, Omar Fawzi, Renato Renner และ Thomas Vidick “การเข้ารหัสควอนตัมที่ไม่ขึ้นกับอุปกรณ์ที่ใช้งานได้จริงผ่านการสะสมเอนโทรปี” การสื่อสารธรรมชาติ 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 และอื่น ๆ “ตัวเลขสุ่มรับรองโดยทฤษฎีบทระฆัง” ธรรมชาติ 464, 1021–1024 (2010)
https://doi.org/10.1038/nature09008

[9] อันโตนิโอ อาซิน, เซอร์เก มาสซาร์ และสเตฟาโน ปิโรนิโอ “ความสุ่มเสี่ยงกับความไม่เป็นท้องถิ่นและความพัวพัน”. ฟิสิกส์ รายได้ Lett 108, 100402 (2012).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.100402

[10] นาติ อาฮารอน, อังเดร ชาลูซ์, อิออร์ดานิส เคเรนิดิส, แซร์จ มาสซาร์, สเตฟาโน ปิโรนิโอ และโจนาธาน ซิลมาน “การพลิกเหรียญที่อ่อนแอในการตั้งค่าที่ไม่ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์” ในเอกสารคัดเลือกที่ได้รับการปรับปรุงใหม่ของการประชุมครั้งที่ 6 เรื่องทฤษฎีการคำนวณควอนตัม การสื่อสาร และวิทยาการเข้ารหัสลับ – เล่มที่ 6745 หน้า 1–12 ทีคิวซี 2011 (2011)
https://doi.org/10.1007/978-3-642-54429-3_1

[11] ริคาร์โด้ ฟาเลโร และ มานูเอล กูเลา “การอนุญาตควอนตัมที่ไม่ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์โดยอ้างอิงจากเกม Clauser-Horne-Shimony-Holt” ฟิสิกส์ รายได้ 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 และ J.-D. แบนคาล “การทดลองการกระจายคีย์ควอนตัมที่รับรองโดยทฤษฎีบทของเบลล์” ธรรมชาติ 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. ลิม และฮารัลด์ ไวน์เฟอร์เตอร์ “ระบบกระจายควอนตัมคีย์ที่ไม่ขึ้นกับอุปกรณ์สำหรับผู้ใช้ที่อยู่ห่างไกล” ธรรมชาติ 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 และ Jian-Wei Pan “สู่การสาธิตโทนิคของการกระจายควอนตัมคีย์ที่ไม่ขึ้นกับอุปกรณ์” ฟิสิกส์ รายได้ Lett 129, 050502 (2022).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.050502

[15] มาร์ซิน พาวโลวสกี้ และ นิโคลัส บรุนเนอร์ “การรักษาความปลอดภัยแบบกึ่งอุปกรณ์อิสระของการกระจายคีย์ควอนตัมทางเดียว” ฟิสิกส์ ฉบับที่ 84, 010302 (2011)
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.84.010302

[16] อนุบาฟ ชาตูร์เวดี, มหาร์ชี เรย์, ริสซาร์ด เวย์นาร์ และมาร์ซิน พาวโลวสกี้ “เกี่ยวกับความปลอดภัยของโปรโตคอล QKD ที่ไม่ขึ้นกับอุปกรณ์กึ่ง” การประมวลผลข้อมูลควอนตัม 17, 131 (2018)
https://doi.org/10.1007/s11128-018-1892-z

[17] Armin Tavakoli, Jędrzej Kaniewski, Tamás Vértesi, Denis Rosset และ Nicolas Brunner “สถานะควอนตัมการทดสอบตัวเองและการวัดในสถานการณ์การเตรียมและการวัด” ฟิสิกส์ ฉบับที่ 98, 062307 (2018)
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.98.062307

[18] อาร์มิน ทาวาโคลี. “การรับรองสถานะควอนตัมอิสระและอุปกรณ์การวัดแบบกึ่งอุปกรณ์อิสระ” ฟิสิกส์ สาธุคุณเลตต์. 125, 150503 (2020)
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.150503

[19] โธมัส ฟาน ฮิมบีค, เอริค วูดเฮด, นิโคลัส เจ. เซิร์ฟ, ราอูล การ์เซีย-ปาตรอน และสเตฟาโน ปิโรนิโอ “กรอบการทำงานแบบกึ่งอุปกรณ์ที่ไม่ขึ้นกับสมมติฐานทางกายภาพตามธรรมชาติ” ควอนตัม 1, 33 (2017)
https://doi.org/10.22331/q-2017-11-18-33

[20] อาร์มิน ทาวาโคลี, เอ็มมานูเอล ซัมบรินี่ ครูเซโร่, เอริค วูดเฮด และสเตฟาโน ปิโรนิโอ “ความสัมพันธ์ที่จำกัดด้วยข้อมูล: กรอบการทำงานทั่วไปสำหรับระบบคลาสสิกและควอนตัม” ควอนตัม 6, 620 (2022)
https://doi.org/10.22331/q-2022-01-05-620

[21] อาร์มิน ทาวาโคลี, เอ็มมานูเอล ซัมบรินี่ ครูเซโร่, เอริค วูดเฮด และสเตฟาโน ปิโรนิโอ “ความสัมพันธ์ที่จำกัดด้วยข้อมูล: กรอบการทำงานทั่วไปสำหรับระบบคลาสสิกและควอนตัม” ควอนตัม 6, 620 (2022)
https://doi.org/10.22331/q-2022-01-05-620

[22] เหว่ยซู ชิ, หยู ไฉ, โจนาธาน บอร์ แบรสก์, ฮูโก ซบินเดน และนิโคลัส บรุนเนอร์ “การระบุลักษณะการวัดควอนตัมโดยไม่ขึ้นกับอุปกรณ์กึ่งอุปกรณ์ภายใต้สมมติฐานการทับซ้อนขั้นต่ำ” ฟิสิกส์ ฉบับที่ 100, 042108 (2019)
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.100.042108

[23] ฮาซัน อิกบัล และวอลเตอร์ โอ. คราเวค “การเข้ารหัสกึ่งควอนตัม” การประมวลผลข้อมูลควอนตัม 19, 97 (2020)
https://doi.org/10.1007/s11128-020-2595-9

[24] มิเชล โบเยอร์, รัน เกลเลส, แดน เคนิกส์เบิร์ก และทัล มอร์ “การกระจายคีย์เซมิควอนตัม” ฟิสิกส์ ฉบับที่ 79, 032341 (2009)
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.79.032341

[25] ฟรานเชสโก มาสซา, ปรีติ ยาดาฟ, อามีร์ โมกานากิ, วอลเตอร์ โอ. คราเวค, เปาโล มาเตอุส, นิโคลา เปาโควิช, อังเดร ซูโต และฟิลิป วอลเธอร์ “การแจกแจงคีย์กึ่งควอนตัมเชิงทดลองกับผู้ใช้แบบคลาสสิก” ควอนตัม 6, 819 (2022)
https://doi.org/10.22331/q-2022-09-22-819

[26] ฟลาวิโอ เดล ซานโต และโบริโวเย ดาคิช “ความเสมอภาคในการเชื่อมโยงกันและการสื่อสารในการซ้อนทับควอนตัม” จดหมายทบทวนทางกายภาพ 124 (2020)
https://doi.org/10.1103/physrevlett.124.190501

[27] ลีเวน แวนเดนเบิร์ก และสตีเฟน บอยด์ “การเขียนโปรแกรมกึ่งกำหนด”. สยามฉบับที่ 38, 49–95 (1996)
https://doi.org/10.1137/1038003

[28] คาโรลี เอฟ. ปาล และทามาส เวอร์เตซี “ประสิทธิภาพของปริภูมิฮิลแบร์ตในมิติที่สูงกว่าในการละเมิดความไม่เท่าเทียมกันของระฆัง” ฟิสิกส์ ฉบับที่ 77, 042105 (2008)
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.77.042105

[29] แมทธิว แม็คคาก, มิเคเล่ มอสก้า และนิโคลัส กิซิน “การจำลองระบบควอนตัมโดยใช้ปริภูมิฮิลแบร์ตจริง” ฟิสิกส์ สาธุคุณเลตต์. 102, 020505 (2009)
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.020505

[30] KC Toh, MJ Todd และ RH Tütüncü “Sdpt3 — ชุดซอฟต์แวร์ Matlab สำหรับการเขียนโปรแกรมกึ่งกำหนด เวอร์ชัน 1.3” วิธีการปรับให้เหมาะสมและซอฟต์แวร์ 11, 545–581 (1999)
https://doi.org/10.1080/10556789908805762

[31] ไรน์ฮาร์ด เอฟ. เวอร์เนอร์ และไมเคิล เอ็ม. วูล์ฟ “ระฆังอสมการและความพัวพัน” (2001) arXiv:ปริมาณ-ph/0107093.
arXiv:ปริมาณ-ph/0107093

[32] เจ. ลอฟเบิร์ก. “Yalmip: กล่องเครื่องมือสำหรับการสร้างแบบจำลองและการเพิ่มประสิทธิภาพใน Matlab” ในปี 2004 การประชุมนานาชาติ IEEE ว่าด้วยหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ (IEEE Cat. No.04CH37508) หน้า 284–289. (2004)
https://doi.org/10.1109/CACSD.2004.1393890

[33] เซบาสเตียน ดีไซน์อลเล, รูป อูโอลา, คิมโม ลูโอมา และนิโคลัส บรุนเนอร์ “กำหนดการเชื่อมโยงกัน: การหาปริมาณพื้นฐานของการเชื่อมโยงกันของควอนตัม” ฟิสิกส์ สาธุคุณเลตต์. 126, 220404 (2021)
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.220404

[34] ราฟาเอล วากเนอร์, รุย โซอาเรส บาร์โบซา และเออร์เนสโต เอฟ. กัลโว “ความไม่เท่าเทียมกันเป็นพยานถึงการเชื่อมโยงกัน ความไม่ใช่ท้องถิ่น และบริบท” (2023) arXiv:2209.02670.
arXiv: 2209.02670

[35] คาซึโอกิ อาซึมะ. “ผลรวมถ่วงน้ำหนักของตัวแปรสุ่มตามบางตัว” คณิตศาสตร์โทโฮคุ เจ. (2) 19, 357–367 (1967)
https://doi.org/10.2748/tmj/1178243286

[36] เรนาโต้ เรนเนอร์. “ความปลอดภัยของการกระจายคีย์ควอนตัม” วารสารนานาชาติข้อมูลควอนตัม 6, 1–127 (2008)
https://doi.org/10.1142/S0219749908003256

[37] โรเบิร์ต โคนิก, เรนาโต เรนเนอร์ และคริสเตียน ชาฟฟ์เนอร์ “ความหมายเชิงปฏิบัติการของเอนโทรปีต่ำสุดและสูงสุด” ธุรกรรม IEEE เกี่ยวกับทฤษฎีสารสนเทศ 55, 4337–4347 (2009)
https://doi.org/10.1109/tit.2009.2025545

อ้างโดย

บทความนี้เผยแพร่ใน Quantum ภายใต้ the ครีเอทีฟคอมมอนส์แบบแสดงที่มา 4.0 สากล (CC BY 4.0) ใบอนุญาต ลิขสิทธิ์ยังคงอยู่กับผู้ถือลิขสิทธิ์ดั้งเดิม เช่น ผู้เขียนหรือสถาบันของพวกเขา