Tutarlılığa tanıklık eden bir oyun ve yarı cihazdan bağımsız kuantum anahtar dağıtımına yönelik uygulamalar

Tutarlılığa tanıklık eden bir oyun ve yarı cihazdan bağımsız kuantum anahtar dağıtımına yönelik uygulamalar

Zaman Damgası: 22 Ağustos 2023 10:22 AM
Kaynak Düğüm: 2839411

Mario Silva1, Ricardo Faleiro2, Paulo Mateus2,3ve Emmanuel Zambrini Cruzeiro2

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

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

Özet

Yarı cihazdan bağımsız kuantum anahtar dağıtımı, en yüksek düzeyde güvenlik, cihaz bağımsızlığı ve deneysel fizibilite arasında bir denge sağlamayı amaçlamaktadır. Yarı kuantum anahtar dağıtımı, güvenliği korurken kullanıcıların kuantum işlemlerine olan bağımlılığını en aza indirmeyi amaçlayan, böylece basitleştirilmiş ve donanım hatasına dayanıklı kuantum protokollerinin geliştirilmesine olanak tanıyan ilgi çekici bir yaklaşım sunar. Bu çalışmada, çeşitli tutarlılık türlerine tanıklık eden bir tutarlılık eşitliği oyununun gürültüye karşı dayanıklı bir versiyonu üzerine inşa edilmiş, tutarlılık tabanlı, yarı cihazdan bağımsız, yarı kuantum anahtar dağıtım protokolünü tanıtıyoruz. Kullanıcıların yalnızca klasik işlemleri, özellikle de sabit tabanlı algılamaları uygulamasını gerektiren sınırlı kuantum depolama modelinde güvenlik kanıtlanmıştır.

Popüler özet

Cihazdan bağımsız kriptografi, kullanılan cihazlara ilişkin minimum varsayımlarla güvenliği sağlamayı amaçlamaktadır. Alternatif olarak, yarı kuantum perspektifinin amacı, kuantum mekaniği ilkelerine dayalı güvenliği sağlamaya devam ederken kullanıcıların kuantum işlemlerine olan bağımlılığını azaltmaktır. Bu çalışmada, tutarlılık eşitliği oyununu gürültüye dayanıklı bir senaryoya genişletiyoruz ve bu oyunun üç tür tutarlılık kaynağı arasında istatistiksel olarak ayrım yapma yeteneğini gösteriyoruz: tutarlı olmayan, ayrılabilir tutarlı ve dolaşık tutarlı durumlar. Oyuna dayanarak, kavram kanıtlı bir kuantum anahtar dağıtım protokolü sunuyoruz. Bu protokolde Alice ve Bob'un laboratuvarlarında yalnızca güvenilir parçacık algılamaları yapması gerekirken, protokolün geri kalan bileşenleri güvenilmez olarak kabul edilir. Sonuç olarak, bu protokol, her iki çerçevenin uyumluluğunu gösteren, hem yarı cihazdan bağımsız hem de yarı kuantum olarak doğru bir şekilde karakterize edilebilir.

► BibTeX verileri

► Referanslar

[1] MS Sharbaf. “Kuantum kriptografisi: Ağ güvenliğinde gelişen bir teknoloji”. 2011 IEEE Uluslararası İç Güvenlik Teknolojileri Konferansı (HST)Sayfa 13–19 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1109/​THS.2011.6107841

[2] Peter W. Shor. "Bir kuantum bilgisayarda asal çarpanlara ayırma ve ayrık logaritmalar için polinom zamanlı algoritmalar". SIAM J. Comp., 26(5), 1484–1509 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795293172

[3] Charles H. Bennett ve Gilles Brassard. "Kuantum kriptografisi: Genel anahtar dağıtımı ve madeni para atma". Teorik Bilgisayar Bilimi 560, 7–11 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.tcs.2014.05.025

[4] Dominic Mayers ve Andrew Yao. "Kusursuz cihazla kuantum kriptografisi". 39. Yıllık Bilgisayar Biliminin Temelleri Sempozyumu Bildirileri (1998).

[5] Dominic Mayers ve Andrew Yao. “Kendi kendini test eden kuantum aparatı”. Kuantum Bilgisi. Hesapla. 4, 273–286 (2004).

[6] Umesh Vazirani ve Thomas Vidick. “Tamamen cihazdan bağımsız kuantum anahtar dağıtımı”. Fiziksel İnceleme Mektupları 113 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.113.140501

[7] Rotem Arnon-Friedman, Frédéric Dupuis, Omar Fawzi, Renato Renner ve Thomas Vidick. "Entropi birikimi yoluyla pratik cihazdan bağımsız kuantum kriptografisi". 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 ve diğerleri. "Bell teoremi ile doğrulanan rastgele sayılar". Doğa 464, 1021–1024 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature09008

[9] Antonio Acín, Serge Massar ve Stefano Pironio. "Rastgeleliğe karşı yerel olmama ve dolaşıklık". fizik Rahip Lett. 108, 100402 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.100402

[10] Nati Aharon, André Chailloux, Iordanis Kerenidis, Serge Massar, Stefano Pironio ve Jonathan Silman. "Cihazdan bağımsız bir ortamda yazı-tura atma zayıf". Kuantum Hesaplama, İletişim ve Kriptografi Teorisi 6. Konferansının Gözden Geçirilmiş Seçilmiş Makaleleri - Cilt 6745, s.1–12. TQC 2011 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-54429-3_1

[11] Ricardo Faleiro ve Manuel Goulão. “Claser-Horne-Shimony-Holt oyununa dayanan cihazdan bağımsız kuantum yetkilendirmesi”. Fizik. 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 ve J.-D. Bankal. "Bell teoremi tarafından onaylanan deneysel kuantum anahtar dağıtımı". Doğa 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 ve Harald Weinfurter. "Uzaktaki kullanıcılar için cihazdan bağımsız bir kuantum anahtar dağıtım sistemi". Doğa 607, 687–691 (2022).
HTTPS: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-022-04891-il

[14] 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 dağıtımının fotonik bir gösterimine doğru". fizik Rahip Lett. 129, 050502 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.050502

[15] Marcin Pawłowski ve Nicolas Brunner. "Tek yönlü kuantum anahtar dağıtımının yarı cihazdan bağımsız güvenliği". Fizik. Rev. A 84, 010302 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.84.010302

[16] Anubhav Chaturvedi, Maharshi Ray, Ryszard Veynar ve Marcin Pawłowski. "Yarı cihazdan bağımsız QKD protokollerinin güvenliği üzerine". Kuantum Bilgi İşleme 17, 131 (2018).
HTTPS: / / doi.org/ 10.1007 / s11128-018-1892-z

[17] Armin Tavakoli, Jędrzej Kaniewski, Tamás Vértesi, Denis Rosset ve Nicolas Brunner. "Hazırla ve ölç senaryosunda kendi kendini test eden kuantum durumları ve ölçümler". Fizik. Rev. A 98, 062307 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062307

[18] Armin Tavakoli. “Bağımsız kuantum durumu ve ölçüm cihazlarının yarı cihazdan bağımsız sertifikasyonu”. Fizik. Rahip Lett. 125, 150503 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.150503

[19] Thomas Van Himbeeck, Erik Woodhead, Nicolas J. Cerf, Raúl García-Patrón ve Stefano Pironio. “Doğal fiziksel varsayımlara dayalı yarı cihazdan bağımsız çerçeve”. Kuantum 1, 33 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2017-11-18-33

[20] Armin Tavakoli, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Erik Woodhead ve Stefano Pironio. "Bilgisel olarak kısıtlanmış korelasyonlar: klasik ve kuantum sistemler için genel bir çerçeve". Kuantum 6, 620 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-01-05-620

[21] Armin Tavakoli, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Erik Woodhead ve Stefano Pironio. "Bilgisel olarak kısıtlanmış korelasyonlar: klasik ve kuantum sistemler için genel bir çerçeve". Kuantum 6, 620 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-01-05-620

[22] Weixu Shi, Yu Cai, Jonatan Bohr Brask, Hugo Zbinden ve Nicolas Brunner. "Minimum örtüşme varsayımı altında kuantum ölçümlerinin yarı cihazdan bağımsız karakterizasyonu". Fizik. Rev. A 100, 042108 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.042108

[23] Hasan İkbal ve Walter O. Krawec. “Yarı kuantum kriptografi”. Kuantum Bilgi İşleme 19, 97 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11128-020-2595-9

[24] Michel Boyer, Ran Gelles, Dan Kenigsberg ve Tal Mor. “Yarıkuantum anahtar dağıtımı”. Fizik. 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 ve Philip Walther. “Klasik Kullanıcılarla Deneysel Yarı Kuantum Anahtar Dağıtımı”. Kuantum 6, 819 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-09-22-819

[26] Flavio Del Santo ve Borivoje Dakić. "Kuantum süperpozisyonunda tutarlılık eşitliği ve iletişim". Fiziksel İnceleme Mektupları 124 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.124.190501

[27] Lieven Vandenberghe ve Stephen Boyd. “Yarı kesin programlama”. SIAM Rev. 38, 49–95 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 1038003

[28] Károly F. Pál ve Tamás Vértesi. "Çan eşitsizliklerinin ihlali için yüksek boyutlu Hilbert uzaylarının etkinliği". Fizik. Rev. A 77, 042105 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.77.042105

[29] Matthew McKague, Michele Mosca ve Nicolas Gisin. “Gerçek Hilbert Uzaylarını Kullanarak Kuantum Sistemlerinin Simülasyonu”. Fizik. Rahip Lett. 102, 020505 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.020505

[30] KC Toh, MJ Todd ve RH Tütüncü. "Sdpt3 - yarı kesin programlama için bir matlab yazılım paketi, sürüm 1.3". Optimizasyon Yöntemleri ve Yazılım 11, 545–581 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 10556789908805762

[31] Reinhard F. Werner ve Michael M. Wolf. “Çan eşitsizlikleri ve dolaşma” (2001). arXiv:quant-ph/​0107093.
arXiv: kuant-ph / 0107093

[32] J. Lofberg. “Yalmip: Matlab'da modelleme ve optimizasyon için bir araç kutusu”. 2004 yılında IEEE Uluslararası Robotik ve Otomasyon Konferansı (IEEE Kat. No.04CH37508). Sayfalar 284–289. (2004).
https: / / doi.org/ 10.1109 / CACSD.2004.1393890

[33] Sébastien Designolle, Roope Uola, Kimmo Luoma ve Nicolas Brunner. "Tutarlılığı ayarlayın: Kuantum tutarlılığının temelden bağımsız ölçümü". Fizik. Rahip Lett. 126, 220404 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.220404

[34] Rafael Wagner, Rui Soares Barbosa ve Ernesto F. Galvão. “Tutarlılığa, yerelliğe ve bağlamsallığa tanıklık eden eşitsizlikler” (2023). arXiv:2209.02670.
arXiv: 2209.02670

[35] Kazuoki Azuma. "Belirli bağımlı rastgele değişkenlerin ağırlıklı toplamları". Tohoku Matematik. J. (2) 19, 357–367 (1967).
https://​/​doi.org/​10.2748/​tmj/​1178243286

[36] Renato Renner. “Kuantum anahtar dağıtımının güvenliği”. Uluslararası Kuantum Bilgisi Dergisi 6, 1–127 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749908003256

[37] Robert Konig, Renato Renner ve Christian Schaffner. “Min ve maksimum entropinin operasyonel anlamı”. Bilgi Teorisi Üzerine IEEE İşlemleri 55, 4337–4347 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1109 / tit.2009.2025545

Alıntılama

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.

Zaman Damgası:

Den fazla Kuantum Günlüğü