Verbesserung der Leistung der Zweifeld-Quantenschlüsselverteilung mit vorteilhafter Destillationstechnologie

Verbesserung der Leistung der Zweifeld-Quantenschlüsselverteilung mit vorteilhafter Destillationstechnologie

Zeitstempel: 6. Dezember 2023, 10:19 Uhr
Verbesserung der Leistung der Zweifeld-Quantenschlüsselverteilung mit der vorteilhaften Destillationstechnologie PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikale Suche. Ai.

Hong-Wei Li1, Rui-Qiang Wang2, Chun-Mei Zhang3, und Qing-Yu Cai4

1Henan Key Laboratory of Quantum Information and Cryptography, SSF IEU, Zhengzhou 450000, China
2CAS Key Laboratory of Quantum Information, Universität für Wissenschaft und Technologie von China, Hefei, Anhui 230026, China
3Institut für Quanteninformation und -technologie, Universität für Post und Telekommunikation Nanjing, Nanjing 210003, China
4Fakultät für Informations- und Kommunikationstechnik, Hainan-Universität, Haikou 570228, China

Findest du dieses Paper interessant oder möchtest du darüber diskutieren? Scite oder hinterlasse einen Kommentar zu SciRate.

Abstrakt

In dieser Arbeit wenden wir die Vorteilsdestillationsmethode an, um die Leistung eines praktischen Doppelfeld-Quantenschlüsselverteilungssystems unter kollektivem Angriff zu verbessern. Verglichen mit dem vorherigen Analyseergebnis von Maeda, Sasaki und Koashi [Nature Communication 10, 3140 (2019)] wird die maximale Übertragungsentfernung, die durch unsere Analysemethode erreicht wird, von 420 km auf 470 km erhöht. Durch die Erhöhung des verlustunabhängigen Fehlausrichtungsfehlers auf 12 % kann die bisherige Analysemethode die Rate-Distanz-Grenze nicht überwinden. Unsere Analysemethode kann jedoch immer noch die Geschwindigkeits-Abstandsgrenze überwinden, wenn der Fehlausrichtungsfehler 16 % beträgt. Noch überraschender ist, dass wir beweisen, dass die Zweifeld-Quantenschlüsselverteilung einen positiven sicheren Schlüssel erzeugen kann, selbst wenn der Fehlausrichtungsfehler nahe bei 50 % liegt. Somit kann unsere Analysemethode die Leistung eines praktischen Zweifeld-Quantenschlüsselverteilungssystems erheblich verbessern.

► BibTeX-Daten

► Referenzen

[1] Charles H. Bennett und Gilles Brassard. „Quantenkryptographie: Verteilung öffentlicher Schlüssel und Münzwurf“. Theoretische Informatik 560, 7–11 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.tcs.2014.05.025

[2] Hoi-Kwong Lo und Hoi Fung Chau. „Bedingungslose Sicherheit der Quantenschlüsselverteilung über beliebig große Entfernungen“. Wissenschaft 283, 2050–2056 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.283.5410.2050

[3] Peter W. Shor und John Preskill. „Einfacher Sicherheitsnachweis des Quantenschlüsselverteilungsprotokolls bb84“. Physical Review Letters 85, 441 (2000).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.85.441

[4] Renato Renner. „Sicherheit der Quantenschlüsselverteilung“. International Journal of Quantum Information 6, 1–127 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749908003256

[5] Valerio Scarani, Helle Bechmann-Pasquinucci, Nicolas J Cerf, Miloslav Dušek, Norbert Lütkenhaus und Momtchil Peev. „Die Sicherheit der praktischen Quantenschlüsselverteilung“. Rezensionen von Modern Physics 81, 1301 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.1301

[6] Hong-Wei Li, Shuang Wang, Jing-Zheng Huang, Wei Chen, Zhen-Qiang Yin, Fang-Yi Li, Zheng Zhou, Dong Liu, Yang Zhang, Guang-Can Guo, et al. „Angriff auf ein praktisches Quantenschlüsselverteilungssystem mit wellenlängenabhängigem Strahlteiler und Multiwellenlängenquellen“. Physical Review A 84, 062308 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.84.062308

[7] Lars Lydersen, Carlos Wiechers, Christoffer Wittmann, Dominique Elser, Johannes Skaar und Vadim Makarov. „Hacking kommerzieller Quantenkryptographiesysteme durch maßgeschneiderte helle Beleuchtung“. Nature Photonics 4, 686–689 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2010.214

[8] Hong-Wei Li, Zheng-Mao Xu und Qing-Yu Cai. „Kleine unvollkommene Zufälligkeit schränkt die Sicherheit der Quantenschlüsselverteilung ein.“ Physical Review A 98, 062325 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062325

[9] Samuel L. Braunstein und Stefano Pirandola. „Seitenkanalfreie Quantenschlüsselverteilung“. Physical Review Letters 108, 130502 (2012).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.108.130502

[10] Hoi-Kwong Lo, Marcos Curty und Bing Qi. „Messgeräteunabhängige Quantenschlüsselverteilung“. Physical Review Letters 108, 130503 (2012).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.108.130503

[11] Leong-Chuan Kwek, Lin Cao, Wei Luo, Yunxiang Wang, Shihai Sun, Xiangbin Wang und Ai Qun Liu. „Chipbasierte Quantenschlüsselverteilung“. AAPPS Bulletin 31 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s43673-021-00017-0

[12] Stefano Pirandola, Riccardo Laurenza, Carlo Ottaviani und Leonardo Banchi. „Grundlegende Grenzen der verstärkerlosen Quantenkommunikation“. Nature Communications 8, 15043 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms15043

[13] Marco Lucamarini, Zhiliang L Yuan, James F Dynes und Andrew J Shields. „Überwindung der Geschwindigkeits-Entfernungsgrenze der Quantenschlüsselverteilung ohne Quantenrepeater“. Natur 557, 400–403 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-018-0066-6

[14] Xiongfeng Ma, Pei Zeng und Hongyi Zhou. „Phasenpassende Quantenschlüsselverteilung“. Körperliche Überprüfung X 8, 031043 (2018).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevX.8.031043

[15] Xiang-Bin Wang, Zong-Wen Yu und Xiao-Long Hu. „Zweifeld-Quantenschlüsselverteilung mit großem Fehlausrichtungsfehler“. Physical Review A 98, 062323 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062323

[16] Chaohan Cui, Zhen-Qiang Yin, Rong Wang, Wei Chen, Shuang Wang, Guang-Can Guo und Zheng-Fu Han. „Zweifeld-Quantenschlüsselverteilung ohne Phasennachselektion“. Physical Review Applied 11, 034053 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.11.034053

[17] Marcos Curty, Koji Azuma und Hoi-Kwong Lo. „Einfacher Sicherheitsnachweis des Quantenschlüsselverteilungsprotokolls vom Doppelfeldtyp“. npj Quantum Information 5, 64 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-019-0175-6

[18] Jie Lin und Norbert Lütkenhaus. „Einfache Sicherheitsanalyse der phasenpassenden, geräteunabhängigen Quantenschlüsselverteilung“. Physical Review A 98, 042332 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.042332

[19] Kento Maeda, Toshihiko Sasaki und Masato Koashi. „Repeaterlose Quantenschlüsselverteilung mit effizienter Finite-Key-Analyse zur Überwindung der Rate-Distance-Grenze“. Nature Communications 10, 3140 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-019-11008-z

[20] Guillermo Currás-Lorenzo, Álvaro Navarrete, Koji Azuma, Go Kato, Marcos Curty und Mohsen Razavi. „Strenge Finite-Key-Sicherheit für die Zweifeld-Quantenschlüsselverteilung“. npj Quantum Information 7, 22 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-020-00345-3

[21] Guillermo Currás-Lorenzo, Lewis Wooltorton und Mohsen Razavi. „Zweifeld-Quantenschlüsselverteilung mit vollständig diskreter Phasenrandomisierung“. Physical Review Applied 15, 014016 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.15.014016

[22] M Minder, M Pittaluga, GL Roberts, M Lucamarini, JF Dynes, ZL Yuan und AJ Shields. „Experimentelle Quantenschlüsselverteilung über die Repeaterless-Geheimschlüsselkapazität hinaus“. Nature Photonics 13, 334–338 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41566-019-0377-7

[23] Xiaoqing Zhong, Jianyong Hu, Marcos Curty, Li Qian und Hoi-Kwong Lo. „Experimentelle Demonstration des Grundsatzes der Quantenschlüsselverteilung vom Doppelfeldtyp“. Physical Review Letters 123, 100506 (2019).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.123.100506

[24] Yang Liu, Zong-Wen Yu, Weijun Zhang, Jian-Yu Guan, Jiu-Peng Chen, Chi Zhang, Xiao-Long Hu, Hao Li, Cong Jiang, Jin Lin, et al. „Experimentelle Zweifeld-Quantenschlüsselverteilung durch Senden oder Nichtsenden“. Physical Review Letters 123, 100505 (2019).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.123.100505

[25] Shuang Wang, De-Yong He, Zhen-Qiang Yin, Feng-Yu Lu, Chao-Han Cui, Wei Chen, Zheng Zhou, Guang-Can Guo und Zheng-Fu Han. „Überwindung der fundamentalen Raten-Entfernungs-Grenze in einem Proof-of-Principe-Quantenschlüsselverteilungssystem“. Körperliche Überprüfung X 9, 021046 (2019).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevX.9.021046

[26] Hui Liu, Cong Jiang, Hao-Tao Zhu, Mi Zou, Zong-Wen Yu, Xiao-Long Hu, Hai Xu, Shizhao Ma, Zhiyong Han, Jiu-Peng Chen, Yunqi Dai, Shi-Biao Tang, Weijun Zhang, Hao Li, Lixing You, Zhen Wang, Yong Hua, Hongkun Hu, Hongbo Zhang, Fei Zhou, Qiang Zhang, Xiang-Bin Wang, Teng-Yun Chen und Jian-Wei Pan. „Feldtest der Zweifeld-Quantenschlüsselverteilung durch Senden oder Nichtsenden über 428 km“. Physical Review Letters 126, 250502 (2021).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.126.250502

[27] Jiu-Peng Chen, Chi Zhang, Yang Liu, Cong Jiang, Wei-Jun Zhang, Zhi-Yong Han, Shi-Zhao Ma, Xiao-Long Hu, Yu-Huai Li, Hui Liu, Fei Zhou, Hai-Feng Jiang, Teng-Yun Chen, Hao Li, Li-Xing You, Zhen Wang, Xiang-Bin Wang, Qiang Zhang und Jian-Wei Pan. „Zweifeld-Quantenschlüsselverteilung über eine 511 km lange Glasfaser, die zwei entfernte Ballungsräume verbindet“. Nature Photonics 15, 570–575 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41566-021-00828-5

[28] Shuang Wang, Zhen-Qiang Yin, De-Yong He, Wei Chen, Rui-Qiang Wang, Peng Ye, Yao Zhou, Guan-Jie Fan-Yuan, Fang-Xiang Wang, Yong-Gang Zhu, Pavel V Morozov, Alexander V Divochiy, Zheng Zhou, Guang-Can Guo und Zheng-Fu Han. „Zweifeld-Quantenschlüsselverteilung über 830-km-Faser“. Nature Photonics 16, 154–161 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41566-021-00928-2

[29] Hua-Lei Yin und Zeng-Bing Chen. „Kohärenzzustandsbasierte Zweifeld-Quantenschlüsselverteilung“. Wissenschaftliche Berichte 9, 14918 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-019-50429-0

[30] Mario Mastriani und Sundaraja Sitharama Iyengar. „Satelliten-Quantenrepeater für ein Quanteninternet“. Quantentechnik 2, e55 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1002/​que2.55

[31] Xiao-Min Hu, Cen-Xiao Huang, Yu-Bo Sheng, Lan Zhou, Bi-Heng Liu, Yu Guo, Chao Zhang, Wen-Bo Xing, Yun-Feng Huang, Chuan-Feng Li und Guang-Can Guo. „Fernverschränkungsreinigung für die Quantenkommunikation“. Physical Review Letters 126, 010503 (2021).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.126.010503

[32] Gui-Lu Long, Dong Pan, Yu-Bo Sheng, Qikun Xue, Jianhua Lu und Lajos Hanzo. „Ein evolutionärer Weg für das Quanteninternet, der auf sicheren klassischen Repeatern basiert.“ IEEE Network 36, 82–88 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1109/​MNET.108.2100375

[33] Ueli M Maurer. „Geheime Schlüsselvereinbarung durch öffentliche Diskussion aus gemeinsamen Informationen“. IEEE Transactions on Information Theory 39, 733–742 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1109 / 18.256484

[34] Barbara Kraus, Cyril Branciard und Renato Renner. „Sicherheit von Quantenschlüsselverteilungsprotokollen unter Verwendung klassischer Zwei-Wege-Kommunikation oder schwacher kohärenter Impulse“. Physical Review A 75, 012316 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.012316

[35] Joonwoo Bae und Antonio Acín. „Schlüsseldestillation aus Quantenkanälen mithilfe bidirektionaler Kommunikationsprotokolle“. Physical Review A 75, 012334 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.012334

[36] Gláucia Murta, Filip Rozpędek, Jérémy Ribeiro, David Elkouss und Stephanie Wehner. „Schlüsselraten für Quantenschlüsselverteilungsprotokolle mit asymmetrischem Rauschen“. Physical Review A 101, 062321 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.062321

[37] Ernest Y.-Z. Tan, Charles C.-W. Lim und Renato Renner. „Vorteilsdestillation für geräteunabhängige Quantenschlüsselverteilung“. Physical Review Letters 124, 020502 (2020).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.124.020502

[38] Dagmar Brüß. „Optimales Abhören in der Quantenkryptographie mit sechs Zuständen“. Physical Review Letters 81, 3018 (1998).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.81.3018

[39] Won-Young Hwang. „Quantenschlüsselverteilung mit hohem Verlust: Auf dem Weg zu einer globalen sicheren Kommunikation“. Physical Review Letters 91, 057901 (2003).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.91.057901

[40] Xiang-Bin Wang. „Bezwingung des Photonenzahlaufspaltungsangriffs in der praktischen Quantenkryptographie“. Physical Review Letters 94, 230503 (2005).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.94.230503

[41] Hoi-Kwong Lo, Xiongfeng Ma und Kai Chen. „Quantenschlüsselverteilung im Lockvogelzustand“. Physical Review Letters 94, 230504 (2005).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.94.230504

[42] Hong-Wei Li, Chun-Mei Zhang, Mu-Sheng Jiang und Qing-Yu Cai. „Verbesserung der Leistung der praktischen Quantenschlüsselverteilung im Täuschungszustand mit Vorteilsdestillationstechnologie“. Kommunikationsphysik 5, 53 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42005-022-00831-4

[43] Daniel Gottesman und Hoi-Kwong Lo. „Nachweis der Sicherheit der Quantenschlüsselverteilung bei bidirektionaler klassischer Kommunikation“. IEEE Transactions on Information Theory 49, 457–475 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2002.807289

[44] Rui-Qiang Wang, Chun-Mei Zhang, Zhen-Qiang Yin, Hong-Wei Li, Shuang Wang, Wei Chen, Guang-Can Guo und Zheng-Fu Han. „Phasenpassende Quantenschlüsselverteilung mit Vorteilsdestillation“. New Journal of Physics 24, 073049 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac8115

[45] Zong-Wen Yu, Xiao-Long Hu, Cong Jiang, Hai Xu und Xiang-Bin Wang. „Senden oder Nichtsenden der Zweifeld-Quantenschlüsselverteilung in der Praxis“. Wissenschaftliche Berichte 9, 3080 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-019-39225-y

[46] Hai Xu, Zong-Wen Yu, Cong Jiang, Xiao-Long Hu und Xiang-Bin Wang. „Senden oder Nichtsenden der Doppelfeld-Quantenschlüsselverteilung: Durchbrechen der Direktübertragungsschlüsselrate“. Physical Review A 101, 042330 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.042330

[47] Xiao-Long Hu, Cong Jiang, Zong-Wen Yu und Xiang-Bin Wang. „Senden-oder-Nicht-Senden-Twin-Field-Protokoll zur Quantenschlüsselverteilung mit asymmetrischen Quellparametern“. Physical Review A 100, 062337 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.062337

[48] Marco Tomamichel. „Ein Rahmen für die nicht-asymptotische Quanteninformationstheorie“. Doktorarbeit. ETH Zürich. Zürich (2012).
https: / / doi.org/ 10.3929 / ethz-a-7356080

[49] Jaikumar Radhakrishnan und Amnon Ta-Shma. „Grenzen für Dispergatoren, Extraktoren und Tiefen-Zwei-Superkonzentratoren“. SIAM Journal on Discrete Mathematics 13, 2–24 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0895480197329508

[50] Wassily Höffding. „Wahrscheinlichkeitsungleichungen für Summen beschränkter Zufallsvariablen“. Journal of the American Statistical Association 58, 13–30 (1963).
https: / / doi.org/ 10.2307 / 2282952

Zitiert von

[1] Li-Wen Hu, Chun-Mei Zhang und Hong-Wei Li, „Praktische messgeräteunabhängige Quantenschlüsselverteilung mit Vorteilsdestillation“, Quanteninformationsverarbeitung 22 1, 77 (2023).

[2] Xin Liu, Di Luo, Zhenrong Zhang und Kejin Wei, „Mode-Pairing Quantenschlüsselverteilung mit Vorteilsdestillation“, Physische Überprüfung A 107 6, 062613 (2023).

[3] Rui-Qiang Wang, Chun-Mei Zhang, Zhen-Qiang Yin, Hong-Wei Li, Shuang Wang, Wei Chen, Guang-Can Guo und Zheng-Fu Han, „Phasenanpassung der Quantenschlüsselverteilung mit Vorteilsdestillation ”, Neue Zeitschrift für Physik 24 7, 073049 (2022).

[4] Xiao-Lei Jiang, Yang Wang, Jia-Ji Li, Yi-Fei Lu, Chen-Peng Hao, Chun Zhou und Wan-Su Bao: „Verbesserung der Leistung der referenzrahmenunabhängigen Quantenschlüsselverteilung mit Vorteil.“ Destillationstechnik“, Optik Express 31 6, 9196 (2023).

[5] Jian-Rong Zhu, Chun-Mei Zhang, Rong Wang und Hong-Wei Li, „Referenzrahmenunabhängige Quantenschlüsselverteilung mit Vorteilsdestillation“, Optikbriefe 48 3, 542 (2023).

[6] Kailu Zhang, Jingyang Liu, Huajian Ding, Xingyu Zhou, Chunhui Zhang und Qin Wang, „Asymmetrische, geräteunabhängige Quantenschlüsselverteilung durch Vorteilsdestillation“, Entropie 25 8, 1174 (2023).

Die obigen Zitate stammen von SAO / NASA ADS (Zuletzt erfolgreich aktualisiert am 2023, 12:07:03 Uhr). Die Liste ist möglicherweise unvollständig, da nicht alle Verlage geeignete und vollständige Zitationsdaten bereitstellen.

On Der von Crossref zitierte Dienst Es wurden keine Daten zum Zitieren von Werken gefunden (letzter Versuch 2023-12-07 03:31:39).

Dieses Papier ist in Quantum unter dem veröffentlicht Creative Commons Namensnennung 4.0 International (CC BY 4.0) Lizenz. Das Copyright verbleibt bei den ursprünglichen Copyright-Inhabern wie den Autoren oder deren Institutionen.

Zeitstempel:

Mehr von Quantenjournal