1Institut für Theoretische Physik, ETH Zürich, Schweiz
2Fachbereich Physik, Universität Basel, Klingelbergstraße 82, 4056 Basel, Schweiz
3Institut für Angewandte Physik, Universität Genf, Chemin de Pinchat 22, 1211 Genf, Schweiz
4Universität Paris-Saclay, CEA, CNRS, Institut de physique théorique, 91191, Gif-sur-Yvette, Frankreich
5Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät, Universität Siegen, Deutschland
6Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik, National University of Singapore, Singapur
7Zentrum für Quantentechnologien, National University of Singapore, Singapur
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Abstrakt
Die Sicherheit von Schlüsseln endlicher Länge ist für die Implementierung der geräteunabhängigen Quantenschlüsselverteilung (DIQKD) unerlässlich. Derzeit gibt es mehrere DIQKD-Sicherheitsnachweise endlicher Größe, aber sie konzentrieren sich hauptsächlich auf Standard-DIQKD-Protokolle und gelten nicht direkt für die kürzlich verbesserten DIQKD-Protokolle, die auf verrauschter Vorverarbeitung, zufälligen Schlüsselmessungen und modifizierten CHSH-Ungleichungen basieren. Hier stellen wir einen allgemeinen Sicherheitsbeweis endlicher Größe bereit, der diese Ansätze gleichzeitig umfassen kann, wobei engere Grenzen endlicher Größe verwendet werden als bei früheren Analysen. Dabei entwickeln wir eine Methode zur Berechnung enger unterer Grenzen der asymptotischen Schlüsselrate für ein solches DIQKD-Protokoll mit binären Ein- und Ausgängen. Damit zeigen wir, dass positive asymptotische Keyraten bis zu depolarisierenden Rauschwerten von $9.33%$ erreichbar sind und damit alle bisher bekannten Rauschschwellen überschreiten. Wir entwickeln auch eine Modifikation der Random-Key-Measurement-Protokolle unter Verwendung eines Pre-Shared-Seeds, gefolgt von einem „Seed-Recovery“-Schritt, der wesentlich höhere Nettoschlüsselgenerierungsraten ergibt, indem im Wesentlichen der Siebfaktor entfernt wird. Einige unserer Ergebnisse können auch die Schlüsselraten der geräteunabhängigen Zufallsexpansion verbessern.
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