Một trò chơi chứng kiến ​​sự gắn kết và các ứng dụng để phân phối khóa lượng tử bán độc lập với thiết bị

Một trò chơi chứng kiến ​​sự gắn kết và các ứng dụng để phân phối khóa lượng tử bán độc lập với thiết bị

Dấu thời gian: 22:2023 sáng ngày 10 tháng 22 năm XNUMX
Nút nguồn: 2839411

Mário Silva1, Ricardo Faleiro2, Paulo Mateo2,3, và Emmanuel Zambrini Cruzeiro2

1Đại học Lorraine, CNRS, Inria, LORIA, F-54000 Nancy, Pháp
2Instituto de Telecomunicações, 1049-001, Lisbon, Bồ Đào Nha
3Departamento de Matemática, Instituto Superior Técnico, Avenida Rovisco Pais 1049-001, Lisbon, Bồ Đào Nha

Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.

Tóm tắt

Phân phối khóa lượng tử bán độc lập với thiết bị nhằm mục đích đạt được sự cân bằng giữa mức độ bảo mật cao nhất, tính độc lập của thiết bị và tính khả thi của thử nghiệm. Phân phối khóa bán lượng tử trình bày một cách tiếp cận hấp dẫn nhằm tìm cách giảm thiểu sự phụ thuộc của người dùng vào các hoạt động lượng tử trong khi vẫn duy trì tính bảo mật, do đó cho phép phát triển các giao thức lượng tử có khả năng chịu lỗi phần cứng và đơn giản hóa. Trong công việc này, chúng tôi giới thiệu một giao thức phân phối khóa bán lượng tử, bán độc lập, dựa trên thiết bị kết hợp, được xây dựng dựa trên phiên bản chống ồn của trò chơi bình đẳng kết hợp chứng kiến ​​nhiều loại kết hợp khác nhau. Tính bảo mật đã được chứng minh trong mô hình lưu trữ lượng tử giới hạn, yêu cầu người dùng chỉ thực hiện các hoạt động cổ điển, cụ thể là phát hiện trên cơ sở cố định.

Tóm tắt phổ biến

Mật mã độc lập với thiết bị nhằm mục đích thiết lập bảo mật với các giả định tối thiểu về các thiết bị được sử dụng. Ngoài ra, mục tiêu của quan điểm bán lượng tử là giảm sự phụ thuộc của người dùng vào các hoạt động lượng tử trong khi vẫn đảm bảo an ninh dựa trên các nguyên lý của cơ học lượng tử. Trong công việc này, chúng tôi mở rộng trò chơi bình đẳng kết hợp sang một kịch bản chống ồn và chứng minh khả năng phân biệt thống kê giữa ba loại tài nguyên kết hợp: trạng thái kết hợp không kết hợp, kết hợp có thể tách rời và trạng thái kết hợp vướng víu. Dựa trên trò chơi, chúng tôi trình bày một giao thức phân phối khóa lượng tử bằng chứng khái niệm. Trong giao thức này, Alice và Bob chỉ cần thực hiện phát hiện hạt đáng tin cậy trong phòng thí nghiệm của họ, trong khi các thành phần còn lại của giao thức được coi là không đáng tin cậy. Do đó, giao thức này có thể được mô tả chính xác là bán độc lập với thiết bị và bán lượng tử, cho thấy khả năng tương thích của cả hai khung.

► Dữ liệu BibTeX

► Tài liệu tham khảo

[1] MS Sharbaf. “Mật mã lượng tử: Một công nghệ mới nổi trong an ninh mạng”. Hội nghị Quốc tế IEEE 2011 về Công nghệ An ninh Nội địa (HST)Trang 13–19 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1109/​THS.2011.6107841

[2] Peter W. Shor. “Các thuật toán thời gian đa thức để phân tích thừa số nguyên tố và logarit rời rạc trên máy tính lượng tử”. SIAM J. Comput., 26(5), 1484–1509 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795293172

[3] Charles H. Bennett và Gilles Brassard. “Mật mã lượng tử: Phân phối khóa công khai và tung đồng xu”. Khoa học máy tính lý thuyết 560, 7–11 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.tcs.2014.05.025

[4] Dominic Mayers và Andrew Yao. “Mật mã lượng tử với bộ máy không hoàn hảo”. Kỷ yếu của Hội nghị chuyên đề thường niên lần thứ 39 về Cơ sở Khoa học Máy tính (1998).

[5] Dominic Mayers và Andrew Yao. “Bộ máy lượng tử tự kiểm tra”. Thông tin lượng tử. Máy tính. 4, 273–286 (2004).

[6] Umesh Vazirani và Thomas Vidick. “Phân phối khóa lượng tử hoàn toàn độc lập với thiết bị”. Thư đánh giá vật lý 113 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / Physrevlett.113.140501

[7] Rotem Arnon-Friedman, Frédéric Dupuis, Omar Fawzi, Renato Renner và Thomas Vidick. “Mật mã lượng tử độc lập với thiết bị thực tế thông qua tích lũy entropy”. Truyền thông tự nhiên 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, và những người khác. “Số ngẫu nhiên được xác nhận bởi định lý Bell”. Thiên nhiên 464, 1021–1024 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên09008

[9] Antonio Acín, Serge Massar và Stefano Pironio. “Tính ngẫu nhiên so với tính không cục bộ và sự vướng víu”. vật lý. Mục sư Lett. 108, 100402 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.100402

[10] Nati Aharon, André Chailloux, Iordanis Kerenidis, Serge Massar, Stefano Pironio và Jonathan Silman. “Việc lật đồng xu yếu trong cài đặt không phụ thuộc vào thiết bị”. Trong các bài báo chọn lọc đã sửa đổi của Hội nghị lần thứ 6 về Lý thuyết tính toán lượng tử, truyền thông và mật mã - Tập 6745, trang 1–12. TQC 2011 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-54429-3_1

[11] Ricardo Faleiro và Manuel Goulão. “Ủy quyền lượng tử độc lập với thiết bị dựa trên trò chơi Clauser-Horne-Shimony-Holt”. Vật lý. Mục sư 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, và J.-D. Bancal. “Phân phối khóa lượng tử thực nghiệm được chứng thực bởi định lý Bell”. Thiên nhiên 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 và Harald Weinfurter. “Hệ thống phân phối khóa lượng tử độc lập với thiết bị dành cho người dùng ở xa”. Thiên nhiên 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 và Jian-Wei Pan. “Hướng tới một minh chứng quang tử về phân phối khóa lượng tử độc lập với thiết bị”. vật lý. Mục sư Lett. 129, 050502 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.050502

[15] Marcin Pawłowski và Nicolas Brunner. “Bảo mật bán độc lập với thiết bị của phân phối khóa lượng tử một chiều”. Vật lý. Mục sư A 84, 010302 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.84.010302

[16] Anubhav Chaturvedi, Maharshi Ray, Ryszard Veynar và Marcin Pawłowski. “Về tính bảo mật của các giao thức QKD bán độc lập với thiết bị”. Xử lý thông tin lượng tử 17, 131 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1007 / s11128-018-1892-z

[17] Armin Tavakoli, Jędrzej Kaniewski, Tamás Vértesi, Denis Rosset và Nicolas Brunner. “Các phép đo và trạng thái lượng tử tự kiểm tra trong kịch bản chuẩn bị và đo lường”. Vật lý. Mục sư A 98, 062307 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062307

[18] Armin Tavakoli. “Chứng nhận bán độc lập về trạng thái lượng tử và thiết bị đo lường độc lập”. Vật lý. Linh mục Lett. 125, 150503 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.150503

[19] Thomas Van Himbeeck, Erik Woodhead, Nicolas J. Cerf, Raúl García-Patrón và Stefano Pironio. “Khuôn khổ bán độc lập với thiết bị dựa trên các giả định vật lý tự nhiên”. Lượng tử 1, 33 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2017-11-18-33

[20] Armin Tavakoli, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Erik Woodhead và Stefano Pironio. “Tương quan hạn chế về mặt thông tin: khuôn khổ chung cho các hệ thống cổ điển và lượng tử”. Lượng tử 6, 620 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-01-05-620

[21] Armin Tavakoli, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Erik Woodhead và Stefano Pironio. “Tương quan hạn chế về mặt thông tin: khuôn khổ chung cho các hệ thống cổ điển và lượng tử”. Lượng tử 6, 620 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-01-05-620

[22] Weixu Shi, Yu Cai, Jonatan Bohr Brask, Hugo Zbinden và Nicolas Brunner. “Đặc tính bán độc lập của các phép đo lượng tử theo giả định chồng chéo tối thiểu”. Vật lý. Mục sư A 100, 042108 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.042108

[23] Hasan Iqbal và Walter O. Krawec. “Mật mã bán lượng tử”. Xử lý thông tin lượng tử 19, 97 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11128-020-2595-9

[24] Michel Boyer, Ran Gelles, Dan Kenigsberg và Tal Mor. “Phân phối khóa bán lượng tử”. Vật lý. Linh mục 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 và Philip Walther. “Thử nghiệm phân phối khóa bán lượng tử với người dùng cổ điển”. Lượng tử 6, 819 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-09-22-819

[26] Flavio Del Santo và Borivoje Dakić. “Sự bình đẳng mạch lạc và giao tiếp trong sự chồng chất lượng tử”. Thư đánh giá vật lý 124 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / Physrevlett.124.190501

[27] Lieven Vandenberghe và Stephen Boyd. “Lập trình bán xác định”. SIAM Rev. 38, 49–95 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 1038003

[28] Károly F. Pál và Tamás Vértesi. “Hiệu quả của không gian Hilbert chiều cao hơn trong việc vi phạm bất đẳng thức chuông”. Vật lý. Linh mục A 77, 042105 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.77.042105

[29] Matthew McKague, Michele Mosca và Nicolas Gisin. “Mô phỏng hệ thống lượng tử sử dụng không gian hilbert thực”. Vật lý. Linh mục Lett. 102, 020505 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.020505

[30] KC Toh, MJ Todd và RH Tütüncü. “Sdpt3 — gói phần mềm matlab dành cho lập trình bán xác định, phiên bản 1.3”. Phương pháp và phần mềm tối ưu hóa 11, 545–581 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 10556789908805762

[31] Reinhard F. Werner và Michael M. Wolf. “Bất bình đẳng hình chuông và sự vướng víu” (2001). arXiv:quant-ph/​0107093.
arXiv: quant-ph / 0107093

[32] J. Lofberg. “Yalmip: Hộp công cụ mô hình hóa và tối ưu hóa trong Matlab”. Năm 2004, Hội nghị Quốc tế về Robot và Tự động hóa của IEEE (IEEE Cat. No.04CH37508). Trang 284–289. (2004).
https: / / doi.org/ 10.1109 / CACSD.2004.1393890

[33] Sébastien Designolle, Roope Uola, Kimmo Luoma và Nicolas Brunner. “Đặt sự kết hợp: Định lượng độc lập cơ sở của sự kết hợp lượng tử”. Vật lý. Linh mục Lett. 126, 220404 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.220404

[34] Rafael Wagner, Rui Soares Barbosa và Ernesto F. Galvão. “Sự bất bình đẳng chứng tỏ sự gắn kết, tính phi địa phương và tính bối cảnh” (2023). arXiv:2209.02670.
arXiv: 2209.02670

[35] Kazuoki Azuma. “Tổng trọng số của các biến ngẫu nhiên phụ thuộc nhất định”. Toán Tohoku. J. (2) 19, 357–367 (1967).
https://​/​doi.org/​10.2748/​tmj/​1178243286

[36] Renato Renner. “Bảo mật phân phối khóa lượng tử”. Tạp chí Quốc tế về Thông tin Lượng tử 6, 1–127 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749908003256

[37] Robert Konig, Renato Renner và Christian Schaffner. “Ý nghĩa hoạt động của entropy tối thiểu và tối đa”. Giao dịch của IEEE về Lý thuyết Thông tin 55, 4337–4347 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1109 / tit.2009.2025545

Trích dẫn

Bài viết này được xuất bản trong Lượng tử dưới Creative Commons Ghi công 4.0 Quốc tế (CC BY 4.0) giấy phép. Bản quyền vẫn thuộc về chủ sở hữu bản quyền gốc như các tác giả hoặc tổ chức của họ.

Dấu thời gian:

Thêm từ Tạp chí lượng tử