QKD-parameterestimering ved to-universal hashing

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

QKD parameter estimation by two-universal hashing PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Institut for Kommunikation og Navigation, German Aerospace Center, Oberpfaffenhofen, 82234 Weßling, Tyskland

Finder du denne artikel interessant eller vil du diskutere? Scite eller efterlade en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Dette papir foreslår og beviser sikkerheden af en QKD-protokol, som bruger to-universal hashing i stedet for tilfældig sampling til at estimere antallet af bitflip- og phase flip-fejl. Denne protokol overgår dramatisk tidligere QKD-protokoller til små blokstørrelser. Mere generelt, for den to-universelle hashing QKD-protokol, falder forskellen mellem asymptotisk og endelig nøglehastighed med antallet $n$ af qubits som $cn^{-1}$, hvor $c$ afhænger af sikkerhedsparameteren. Til sammenligning falder den samme forskel ikke hurtigere end $c'n^{-1/3}$ for en optimeret protokol, der bruger tilfældig sampling og har den samme asymptotiske hastighed, hvor $c'$ afhænger af sikkerhedsparameteren og fejlen sats.

Populært resumé

En quantum key distribution (QKD) protokol giver to brugere mulighed for at etablere en hemmelig nøgle ved at kommunikere over en godkendt klassisk kanal og en fuldstændig usikker kvantekanal. Vigtige parametre for en QKD-protokol er antallet af qubits sendt over kvantekanalen, modstanden mod støj på kvantekanalen, størrelsen af den hemmelige outputnøgle og sikkerhedsniveauet.

Eksisterende QKD-protokoller og sikkerhedsbeviser udviser afvejninger mellem parametrene: For et givet antal qubits gør forbedring af støjmodstand eller sikkerhed outputstørrelsen mindre. Disse afvejninger er især alvorlige, når antallet af qubits er lille, dvs. omkring 1000-10000. Et så lille antal qubits opstår i praksis, når kvantekanalen er særlig vanskelig at implementere, for eksempel når en satellit transmitterer sammenfiltrede fotonpar til to jordstationer.

Nærværende arbejde spørger: er der QKD-protokoller og sikkerhedsbeviser, der udviser bedre parameterafvejninger, især i tilfældet, hvor antallet af qubits er lille? Den præsenterer en sådan QKD-protokol og sikkerhedsbevis. Denne protokol bruger to-universal hashing i stedet for tilfældig sampling til at estimere antallet af bit-flip- og phase flip-fejl, hvilket fører til en dramatisk forbedring i parameterafvejninger for små antal qubits, men gør også protokollen sværere at implementere.

► BibTeX-data

@article{Ostrev2023qkdparameter, doi = {10.22331/q-2023-01-13-894}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-01-13-894}, title = {{QKD } parameterestimering ved to-universal hashing}, forfatter = {Ostrev, Dimiter}, journal = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, udgiver = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, bind = {7}, sider = {894}, måned = jan, år = {2023} }

► Referencer

[1] Charles H. Bennett, David P. DiVincenzo, John A. Smolin og William K. Wootters. Blandet tilstand sammenfiltring og kvantefejlkorrektion. Phys. Rev. A, 54:3824–3851, november 1996. URL: https:///link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.54.3824, doi:10.1103/PhysRevA.54.3824.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.54.3824

[2] Niek J Bouman og Serge Fehr. Prøveudtagning i en kvantepopulation og anvendelser. I den årlige kryptologikonference, side 724-741. Springer, 2010. doi:10.1007/978-3-642-14623-7_39.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-14623-7_39

[3] Gilles Brassard og Louis Salvail. Hemmelig nøgleforsoning ved offentlig diskussion. I Workshop om teori og anvendelse af kryptografiske teknikker, side 410-423. Springer, 1993. doi:10.1007/3-540-48285-7_35.
https://doi.org/10.1007/3-540-48285-7_35

[4] AR Calderbank, EM Rains, PW Shor og NJA Sloane. Kvantefejlkorrektion og ortogonal geometri. Phys. Rev. Lett., 78:405–408, januar 1997. URL: https:///link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.78.405, doi: 10.1103/PhysRevLett.78.405.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.78.405

[5] AR Calderbank og Peter W. Shor. Der findes gode kvantefejlkorrigerende koder. Phys. Rev. A, 54:1098–1105, aug 1996. URL: https:///link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.54.1098, doi: 10.1103/PhysRevA.54.1098.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.54.1098

[6] J. Lawrence Carter og Mark N. Wegman. Universelle klasser af hash-funktioner. Journal of Computer and System Sciences, 18(2):143–154, 1979. URL: https:///www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022000079900448, doi:10.1016/0022 -0000(79)90044-8.
https://doi.org/10.1016/0022-0000(79)90044-8
https:///www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022000079900448

[7] Peter Elias. Kodning for to støjende kanaler. I Colin Cherry, redaktør, Information Theory, 3rd London Symposium, London, England, sept. 1955. Butterworths videnskabelige publikationer, 1956. URL: https://worldcat.org/en/title/562487502, doi: 10.1038/176773a0.
https:///doi.org/10.1038/176773a0
https://worldcat.org/da/title/562487502

[8] Chi-Hang Fred Fung, Xiongfeng Ma og HF Chau. Praktiske problemstillinger i kvante-nøgle-distribution efterbehandling. Physical Review A, 81(1), jan 2010. URL: http:///dx.doi.org/10.1103/PhysRevA.81.012318, doi:10.1103/physreva.81.012318.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.81.012318

[9] Robert G. Gallager. Lav-densitet paritetskontrolkoder. The MIT Press, 09 1963. doi:10.7551/mitpress/4347.001.0001.
https://doi.org/10.7551/mitpress/4347.001.0001

[10] Daniel Gottesman. Klasse af kvantefejlkorrigerende koder, der mætter kvantehamming-bundet. Phys. Rev. A, 54:1862–1868, september 1996. URL: https:///link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.54.1862, doi: 10.1103/PhysRevA.54.1862.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.54.1862

[11] M Koashi. Simpelt sikkerhedsbevis for kvantenøgledistribution baseret på komplementaritet. New Journal of Physics, 11(4):045018, apr 2009. URL: https:///dx.doi.org/10.1088/1367-2630/11/4/045018, doi:10.1088/ 1367-2630/11/4/045018.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/11/4/045018

[12] Charles Ci-Wen Lim, Feihu Xu, Jian-Wei Pan og Artur Ekert. Sikkerhedsanalyse af kvantenøgledistribution med lille bloklængde og dens anvendelse på kvanterumskommunikation. Physical Review Letters, 126(10), marts 2021. URL: http:///dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.100501, doi:10.1103/physrevlett.126.100501.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.100501

[13] Hoi-Kwong Lo og HF Chau. Ubetinget sikkerhed for kvantenøglefordeling over vilkårligt lange afstande. Science, 283(5410):2050–2056, marts 1999. URL: https://doi.org/10.1126/science.283.5410.2050, doi:10.1126/science.283.5410.2050.
https://doi.org/10.1126/science.283.5410.2050

[14] Michael A. Nielsen og Isaac L. Chuang. Kvanteberegning og kvanteinformation. Cambridge University Press, juni 2012.
https:///doi.org/10.1017/cbo9780511976667

[15] Dimiter Ostrev. Komponerbar, ubetinget sikker meddelelsesgodkendelse uden nogen hemmelig nøgle. I 2019 IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT), side 622-626, 2019. doi:10.1109/ISIT.2019.8849510.
https:///doi.org/10.1109/ISIT.2019.8849510

[16] S. Pirandola, UL Andersen, L. Banchi, M. Berta, D. Bunandar, R. Colbeck, D. Englund, T. Gehring, C. Lupo, C. Ottaviani, JL Pereira, M. Razavi, J. Shamsul Shaari , M. Tomamichel, VC Usenko, G. Vallone, P. Villoresi og P. Wallden. Fremskridt inden for kvantekryptografi. Adv. Opt. Photon., 12(4):1012–1236, dec 2020. URL: http:///opg.optica.org/aop/abstract.cfm?URI=aop-12-4-1012, doi:10.1364 /AOP.361502.
https:///doi.org/10.1364/AOP.361502
http:///opg.optica.org/aop/abstract.cfm?URI=aop-12-4-1012

[17] Christopher Portmann. Nøglegenbrug i autentificering. IEEE Transactions on Information Theory, 60(7):4383–4396, 2014. doi:10.1109/TIT.2014.2317312.
https:///doi.org/10.1109/TIT.2014.2317312

[18] Christopher Portmann og Renato Renner. Kryptografisk sikkerhed for kvantenøgledistribution, 2014. URL: https:///arxiv.org/abs/1409.3525, doi:10.48550/ARXIV.1409.3525.
https:///doi.org/10.48550/ARXIV.1409.3525
arXiv: 1409.3525

[19] Renato Renner. Sikkerhed for kvantenøgledistribution. Ph.d.-afhandling, ETH Zürich, 2005. URL: https:///arxiv.org/abs/quant-ph/0512258, doi:10.48550/ARXIV.QUANT-PH/0512258.
https:///doi.org/10.48550/ARXIV.QUANT-PH/0512258
arXiv:quant-ph/0512258

[20] Peter W. Shor og John Preskill. Simpelt bevis på sikkerheden af bb84 kvantenøgledistributionsprotokollen. Phys. Rev. Lett., 85:441–444, juli 2000. URL: https:///link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.85.441, doi:10.1103/PhysRevLett.85.441.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.85.441

[21] Andrew Steane. Multipel-partikel interferens og kvantefejlkorrektion. Proceedings fra Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 452(1954):2551–2577, 1996. URL: https://royalsocietypublishing.org/doi/abs/10.1098/rspa.1996.0136, doi: /rspa.10.1098.
https:///doi.org/10.1098/rspa.1996.0136

[22] W. Forrest Stinespring. Positive funktioner på c*-algebraer. Proceedings of the American Mathematical Society, 6(2):211–216, 1955. URL: http:///www.jstor.org/stable/2032342, doi:10.2307/2032342.
https:///doi.org/10.2307/2032342
http://www.jstor.org/stable/2032342

[23] Marco Tomamichel og Anthony Leverrier. Et stort set selvstændigt og komplet sikkerhedsbevis til kvantenøgledistribution. Quantum, 1:14, jul 2017. URL: http:///dx.doi.org/10.22331/q-2017-07-14-14, doi:10.22331/q-2017-07-14- 14.
https://doi.org/10.22331/q-2017-07-14-14

[24] Marco Tomamichel, Charles Ci Wen Lim, Nicolas Gisin og Renato Renner. Stram finite-key analyse til kvantekryptografi. Nature communications, 3(1):1–6, 2012. doi:10.1038/ncomms1631.
https:///doi.org/10.1038/ncomms1631

[25] Mark N. Wegman og J.Lawrence Carter. Nye hash-funktioner og deres brug i autentificering og sæt lighed. Journal of Computer and System Sciences, 22(3):265–279, 1981. URL: https:///www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022000081900337, doi:10.1016/0022 -0000(81)90033-7.
https://doi.org/10.1016/0022-0000(81)90033-7
https:///www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022000081900337

[26] Juan Yin, Yu-Huai Li, Sheng-Kai Liao, Meng Yang, Yuan Cao, Liang Zhang, Ji-Gang Ren, Wen-Qi Cai, Wei-Yue Liu, Shuang-Lin Li, et al. Entanglement-baseret sikker kvantekryptografi over 1,120 kilometer. Nature, 582(7813):501–505, 2020. doi:10.1038/s41586-020-2401-y.
https:///doi.org/10.1038/s41586-020-2401-y

Citeret af

[1] Manuel B. Santos, Paulo Mateus og Chrysoula Vlachou, "Quantum Universally Composable Oblivious Linear Evaluation", arXiv: 2204.14171.

[2] Dimiter Ostrev, Davide Orsucci, Francisco Lázaro og Balazs Matuz, "Klassiske produktkodekonstruktioner for kvante Calderbank-Shor-Steane-koder", arXiv: 2209.13474.

Ovenstående citater er fra SAO/NASA ADS (sidst opdateret 2023-01-14 11:00:11). Listen kan være ufuldstændig, da ikke alle udgivere leverer passende og fuldstændige citatdata.

On Crossrefs citeret af tjeneste ingen data om at citere værker blev fundet (sidste forsøg 2023-01-14 11:00:09).

Dette papir er udgivet i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Ophavsretten forbliver hos de originale copyright-indehavere, såsom forfatterne eller deres institutioner.

SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
Kilde: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-01-13-894/

Tidsstempel: Januar 13, 2023

Tidsstempel: Februar 9, 2023

QKD-parameterestimering ved to-universal hashing

Genudgivet af Platon

Abstrakt

Populært resumé

► BibTeX-data

► Referencer

Citeret af

Mere fra Quantum Journal

Kontinuerlige kvantevandringer for MAX-CUT er varme

Overlappet grupperingsmåling: En samlet ramme til måling af kvantetilstande

Generaliserede trosforplantningsalgoritmer til afkodning af overfladekoder

Kvantemanipulation af et to-niveau mekanisk system

Forbedring af ydeevnen af twin-field quantum key distribution med fordel destillationsteknologi

En relativistisk diskret rumtidsformulering af 3+1 QED

Opdagelse af optimale fermion-qubit-kortlægninger gennem algoritmisk opregning

Her kommer SU(N): multivariate kvanteporte og gradienter

Sammenhængende feedback i optomekaniske systemer i sidebånds-uløst regime

En cellulær automatdekoder til en støj-bias skræddersyet farvekode

Dynamisk mange-krops delokaliseringsovergang af en Tonks-gas i et kvasi-periodisk drivpotentiale

Om os

Vertikal søgning & Ai

perron

Stay Connected

Konto