BB84 tipi Belirsizlik İlişkileri ve Pauli Korelasyon Kısıtlamaları Yoluyla Basit ve Pratik DIQKD Güvenlik Analizi

Plato tarafından yeniden yayınlandı

İzleyiciler: 0

Michele Masini, Stefano Pironio ve Erik Woodhead

Laboratoire d'Information Quantique, Université libre de Bruxelles (ULB), Belçika

Bu makaleyi ilginç mi buldunuz yoksa tartışmak mı istiyorsunuz? SciRate'e çığlık at veya yorum bırak.

Özet

Entropi birikim teoremine göre, cihazdan bağımsız bir kuantum anahtar dağıtım protokolünün koşulsuz güvenliğinin kanıtlanması, değiş tokuş fonksiyonlarının türetilmesine indirgenir, yani, şartlandırılmış Bell doğrusal işlevlerinin bir fonksiyonu olarak ham anahtarın tek turlu von Neumann entropisi üzerindeki sınırlar bir dinleyicinin kuantum tarafı bilgisinde. Bu çalışmada, iyi bilinen BB2 protokolünün varyantları için entropi sınırlarını kuantum kısıtlamaları ile birleştirerek, analizin qubit sistemlerine indirgenebileceği 2 girişli/84 çıkışlı ayarda koşullu entropinin nasıl sınırlandırılabileceğini açıklıyoruz. Alice ve Bob tarafından paylaşılan iki parçalı sistemdeki kübit operatörlerinde. Yaklaşım, entropi üzerinde analitik sınırlar veya tipik olarak optimale yakın olan makul hesaplama süresinde yarı analitik sınırlar verir. Yaklaşımı, her iki bazın da anahtarı oluşturmak için kullanıldığı cihazdan bağımsız CHSH QKD protokolünün bir varyantında ve ayrıca kayıplara göre orijinal tek bazlı varyantın daha rafine bir analizinde gösteriyoruz. Mevcut deneysel yetenekler dahilinde, özellikle %80.26'nın biraz altında bir algılama verimliliği eşiği elde ediyoruz.

Popüler özet

Cihazdan Bağımsız Kuantum Anahtar Dağıtımı (DIQKD) protokolleri, kuantum yerel olmaması olgusundan yararlanarak, iki kullanıcının güvenmedikleri kuantum cihazları kullanırken bile gizli bir anahtar oluşturmasına olanak tanır. İki girişli/iki çıkışlı DIQKD protokollerinin (uygulamaları için yalnızca bir çift kübit gerektiren bir DIQKD protokolleri ailesi) anahtar hızının alt sınırlarını hesaplamak için yeni ve çok yönlü bir yaklaşım sunuyoruz. Yöntemimizi farklı protokollere uygulayarak gürültü ve foton kaybı toleransı açısından yeni sonuçlar elde ediyoruz.

► BibTeX verileri

@makale{Masini2022basitpratik, doi = {10.22331/q-2022-10-20-843}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2022-10-20-843}, başlık = {BB}84 tipi belirsizlik ilişkileri ve {P}auli korelasyon kısıtlamaları} aracılığıyla {basit ve pratik {DIQKD} güvenlik analizi, yazar = {Masini, Michele ve Pironio, Stefano ve Woodhead, Erik}, günlük = {{Kuantum}}, issn = {2521-327X}, yayıncı = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Açık Erişim Yayıncıları in den Quantenwissenschaften}}, hacim = {6}, sayfalar = {843}, ay = ekim, yıl = {2022} }

► Referanslar

[1] John S. Bell. Einstein Podolsky Rosen paradoksu üzerine. Fizik, 1 (3): 195–200, 1964. URL http://cds.cern.ch/rekor/111654/.
http://cds.cern.ch/rekor/111654/

[2] Nicolas Brunner, Daniel Cavalcanti, Stefano Pironio, Valerio Scarani ve Stephanie Wehner. Bell yersizliği. Rev. Modu. Phys., 86: 419–478, Nisan 2014. 10.1103/RevModPhys.86.419.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419

[3] Antonio Acín, Nicolas Brunner, Nicolas Gisin, Serge Massar, Stefano Pironio ve Valerio Scarani. Toplu saldırılara karşı cihazdan bağımsız kuantum kriptografi güvenliği. Fizik Rev. Lett., 98: 230501, Haziran 2007. 10.1103/PhysRevLett.98.230501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.230501

[4] DP Nadlinger, P Drmota, BC Nichol, G Araneda, D Main, R Srinivas, DM Lucas, CJ Ballance, K Ivanov, EY-Z Tan, et al. Bell teoremi tarafından onaylanmış deneysel kuantum anahtar dağılımı. Nature, 607 (7920): 682–686, 2022. 10.1038/s41586-022-04941-5.
https://doi.org/10.1038/s41586-022-04941-5

[5] Wei Zhang, Tim van Leent, Kai Redeker, Robert Garthoff, René Schwonnek, Florian Fertig, Sebastian Eppelt, Wenjamin Rosenfeld, Valerio Scarani, Charles CW Lim ve diğerleri. Uzak kullanıcılar için cihazdan bağımsız bir kuantum anahtar dağıtım sistemi. Nature, 607 (7920): 687–691, 2022. 10.1038/s41586-022-04891-y.
HTTPS: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-022-04891-il

[6] Wen-Zhao Liu, Yu-Zhe Zhang, Yi-Zheng Zhen, Ming-Han Li, Yang Liu, Jingyun Fan, Feihu Xu, Qiang Zhang ve Jian-Wei Pan. Cihazdan bağımsız kuantum anahtar dağılımının fotonik gösterimine doğru. Fizik Rev. Lett., 129 (5): 050502, 2022. 10.1103/PhysRevLett.129.050502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.050502

[7] Rotem Arnon-Friedman, Frédéric Dupuis, Omar Fawzi, Renato Renner ve Thomas Vidick. Entropi birikimi yoluyla pratik cihazdan bağımsız kuantum kriptografisi. Nat. Commun., 9: 459, Ocak 2018. 10.1038/s41467-017-02307-4.
https://doi.org/10.1038/s41467-017-02307-4

[8] Yanbao Zhang, Honghao Fu ve Emanuel Knill. Kuantum olasılık tahmini ile verimli rastgelelik sertifikası. Fizik Rev. Research, 2: 013016, Ocak 2020. 10.1103/PhysRevResearch.2.013016.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013016

[9] Ernest YZ Tan, René Schwonnek, Koon Tong Goh, Ignatius William Primaatmaja ve Charles CW Lim. Güvenilmeyen cihazlarla kuantum kriptografisi için güvenli anahtar oranları hesaplama. npj Kuantum Bilgisi, 7 (1): 1–6, 2021. 10.1038/s41534-021-00494-z.
HTTPS: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-021-00494-z

[10] René Schwonnek, Koon Tong Goh, Ignatius W. Primaatmaja, Ernest Y.-Z. Tan, Ramona Wolf, Valerio Scarani ve Charles C.-W. Lim. Rastgele anahtar bazında cihazdan bağımsız kuantum anahtar dağılımı. Nat. Commun., Mayıs 2021. 10.1038/s41467-021-23147-3.
https://doi.org/10.1038/s41467-021-23147-3

[11] Ernest Y.-Z. Tan, Pavel Sekatski, Jean-Daniel Bancal, René Schwonnek, Renato Renner, Nicolas Sangouard ve Charles C.-W. Lim. Sonlu boyut analizi ile geliştirilmiş DIQKD protokolleri. Aralık 2020. URL https://doi.org/10.48550/arXiv.2012.08714.
https://doi.org/10.48550/arXiv.2012.08714

[12] Peter Brown, Hamza Fawzi ve Omar Fawzi. Kuantum bağıntıları için koşullu entropilerin hesaplanması. Nat. Commun., 12: 575, Ocak 2021a. 10.1038/s41467-020-20018-1.
https://doi.org/10.1038/s41467-020-20018-1

[13] Peter Brown, Hamza Fawzi ve Omar Fawzi. Koşullu von neumann entropisinde cihazdan bağımsız alt sınırlar. Haziran 2021b. URL https://doi.org/10.48550/arXiv.2106.13692.
https://doi.org/10.48550/arXiv.2106.13692

[14] Erik Woodhead, Antonio Acín ve Stefano Pironio. Asimetrik CHSH eşitsizlikleri ile cihazdan bağımsız kuantum anahtar dağılımı. Quantum, 5: 443, Nisan 2021. 10.22331/q-2021-04-26-443.
https://doi.org/10.22331/q-2021-04-26-443

[15] Renato Renner, Nicolas Gisin ve Barbara Kraus. Kuantum anahtar dağıtım protokolleri için bilgi teorik güvenlik kanıtı. Fizik Rev. A, 72: 012332, Temmuz 2005. 10.1103/PhysRevA.72.012332.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.72.012332

[16] Oliver Kern ve Joseph M. Renes. BB84 ve 6 durumlu protokoller için geliştirilmiş tek yönlü oranlar. Kuantum Enf. Comput., 8 (8,9): 0756–0772, Eylül 2008. 10.26421/QIC8.8-9-6.
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC8.8-9-6

[17] Igor Devetak ve Andreas Winter. Gizli anahtarın damıtılması ve kuantum durumlarından dolaşma. Proc. R. Soc. A, 461 (2053): 207–235, Ocak 2005. 10.1098/rspa.2004.1372.
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2004.1372

[18] Stefano Pironio, Antonio Acín, Nicolas Brunner, Nicolas Gisin, Serge Massar ve Valerio Scarani. Cihazdan bağımsız kuantum anahtar dağıtımı, toplu saldırılara karşı güvenlidir. New J. Phys., 11 (4): 045021, Nisan 2009. 10.1088/1367-2630/11/4/045021.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/11/4/045021

[19] Mario Berta, Matthias Christandl, Roger Colbeck, Joseph M. Renes ve Renato Renner. Kuantum belleğin varlığında belirsizlik ilkesi. Nature Phys., 6: 659–662, Temmuz 2010. 10.1038/nphys1734.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1734

[20] Erik Woodhead. Bennett-Brassard 1984 protokolü için yerel rasgeleleştirme ve cihaz belirsizlikleri ile sıkı asimptotik anahtar hızı. Fizik Rev. A, 90: 022306, Ağustos 2014. 10.1103/PhysRevA.90.022306.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.022306

[21] Jean B.Lasserre. Polinomlarla global optimizasyon ve moment problemi. SIAM J. Comput., 11: 796–817, 2001. 10.1137/S1052623400366802.
https: / / doi.org/ 10.1137 / S1052623400366802

[22] D. Henrion ve J.-B. Lasserre. Polinom matris eşitsizliklerinin yakınsak gevşemeleri ve statik çıktı geri beslemesi. IEEE Trans. oto. Kontrol, 51 (2): 192–202, 2006. 10.1109/TAC.2005.863494.
https: / / doi.org/ 10.1109 / TAC.2005.863494

[23] Duncan McCallum ve David Avis. Basit bir çokgenin dışbükey gövdesini bulmak için doğrusal bir algoritma. Bilgi İşlem Mektupları, 9 (5): 201–206, Aralık 1979. ISSN 0020-0190. 10.1016/0020-0190(79)90069-3.
https://doi.org/10.1016/0020-0190(79)90069-3

[24] Alejandro A. Schäffer ve Christopher J. Van Wyk. Parçalı pürüzsüz Jordan eğrilerinden oluşan dışbükey gövdeler. J. Algoritmalar, 8 (1): 66–94, Mart 1987. ISSN 0196-6774. 10.1016/0196-6774(87)90028-9.
https://doi.org/10.1016/0196-6774(87)90028-9

[25] Erik Woodhead. Kuantum klonlama sınırı ve kuantum anahtar dağılımına uygulama. Fizik Rev. A, 88: 012331, Temmuz 2013. 10.1103/PhysRevA.88.012331.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.012331

[26] Rutvij Bhavsar, Sammy Ragy ve Roger Colbeck. CHSH tabanlı cihazdan bağımsız rastgelelik genişlemesinde çeşitli von Neumann entropilerinin hesaplanması ve uygulanması. Mart 2021. URL https://doi.org/10.48550/arXiv.2103.07504.
https://doi.org/10.48550/arXiv.2103.07504

[27] Philippe H.Eberhard. Boşluksuz bir Einstein-Podolsky-Rosen deneyi için gerekli olan arka plan düzeyi ve karşı verimlilikler. Fizik Rev. A, 47: R747–R750, Şubat 1993. 10.1103/PhysRevA.47.R747.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.47.R747

[28] Peter Brown. özel iletişim.

[29] Xingjian Zhang, Pei Zeng, Tian Ye, Hoi-Kwong Lo ve Xiongfeng Ma. Cihazdan bağımsız güvenliğe kuantum tamamlayıcılık yaklaşımı. Kasım 2021. URL https://doi.org/10.48550/arXiv.2111.13855.
https://doi.org/10.48550/arXiv.2111.13855

[30] Adam Winick, Norbert Lütkenhaus ve Patrick J. Coles. Kuantum anahtar dağıtımı için güvenilir sayısal anahtar oranları. Quantum, 2: 77, Temmuz 2018. 10.22331/q-2018-07-26-77.
https://doi.org/10.22331/q-2018-07-26-77

[31] N. David Mermin. Makroskopik olarak farklı durumların süperpozisyonunda aşırı kuantum dolaşıklığı. Fizik Rev. Lett., 65: 1838–1840, Ekim 1990. 10.1103/PhysRevLett.65.1838.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.65.1838

[32] Federico Grasselli, Gláucia Murta, Hermann Kampermann ve Dagmar Bruß. Çok taraflı cihazdan bağımsız kriptografi için entropi sınırları. PRX Quantum, 2: 010308, Ocak 2021. 10.1103/PRXQuantum.2.010308.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010308

[33] https:///github.com/MicheleMasini1996/diqkd-2input2output.
https:///github.com/MicheleMasini1996/diqkd-2input2output

[34] Stefano Pironio, Antonio Acín, Serge Massar, Antoine Boyer de La Giroday, Dzmitry N. Matsukevich, Peter Maunz, Steven Olmschenk, David Hayes, Le Luo, T. Andrew Manning ve Christopher Monroe. Bell'in teoremi tarafından onaylanan rastgele sayılar. Nature, 464: 1021–1024, Nisan 2010. 10.1038/nature09008.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature09008

[35] Antonio Acín, Serge Massar ve Stefano Pironio. Rastgeleliğe karşı yerel olmama ve dolaşma. Fizik Rev. Lett., 108: 100402, Mart 2012. 10.1103/PhysRevLett.108.100402.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.100402

Alıntılama

[1] 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 ve J. -D. Bancal, “Bell teoremi tarafından onaylanan deneysel kuantum anahtar dağılımı”, Doğa 607 7920, 682 (2022).

[2] Lewis Wooltorton, Peter Brown ve Roger Colbeck, “Cihazdan Bağımsız Rastgelelik ve Yerel Olmayanlık Arasındaki Dengelemede Sıkı Analitik Bağ”, Fiziksel İnceleme Mektupları 129 15, 150403 (2022).

[3] Víctor Zapatero, Tim van Leent, Rotem Arnon-Friedman, Wen-Zhao Liu, Qiang Zhang, Harald Weinfurter ve Marcos Curty, “Aygıttan bağımsız kuantum anahtar dağıtımındaki gelişmeler”, arXiv: 2208.12842.

[4] Karol Łukanowski, Maria Balanzó-Juandó, Máté Farkas, Antonio Acín ve Jan Kołodyński, “Dışbükey kombinasyon saldırılarına dayalı cihazdan bağımsız kuantum anahtar dağılımında anahtar oranların üst sınırları”, arXiv: 2206.06245.

[5] Federico Grasselli, Gláucia Murta, Hermann Kampermann ve Dagmar Bruß, “Üç parçalı yerel olmama ile cihazdan bağımsız şifrelemeyi artırma”, arXiv: 2209.12828.

Yukarıdaki alıntılar SAO / NASA REKLAMLARI (son başarıyla 2022-10-21 02:01:11) güncellendi. Tüm yayıncılar uygun ve eksiksiz alıntı verisi sağlamadığından liste eksik olabilir.

On Crossref'in alıntı yaptığı hizmet alıntı yapma çalışmaları ile ilgili veri bulunamadı (son deneme 2022-10-21 02:01:09).

Bu Makale, Quantum'da Creative Commons Atıf 4.0 Uluslararası (CC BY 4.0) lisans. Telif hakkı, yazarlar veya kurumları gibi orijinal telif hakkı sahiplerine aittir.