Estimación de parámetros QKD mediante hash de dos universales

Estimación de parámetros QKD mediante hash de dos universales

Marca de tiempo: 13 de enero de 2023 5:47 a. M.
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dimiter ostrev

Instituto de Comunicaciones y Navegación, Centro Aeroespacial Alemán, Oberpfaffenhofen, 82234 Weßling, Alemania

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Resumen

Este documento propone y prueba la seguridad de un protocolo QKD que utiliza hash de dos universales en lugar de muestreo aleatorio para estimar el número de errores de cambio de bit y cambio de fase. Este protocolo supera considerablemente a los protocolos QKD anteriores para tamaños de bloque pequeños. En términos más generales, para el protocolo QKD de hash de dos universales, la diferencia entre la tasa de clave asintótica y finita disminuye con el número $n$ de qubits como $cn^{-1}$, donde $c$ depende del parámetro de seguridad. A modo de comparación, la misma diferencia no disminuye más rápido que $c'n^{-1/3}$ para un protocolo optimizado que usa muestreo aleatorio y tiene la misma tasa asintótica, donde $c'$ depende del parámetro de seguridad y el error tasa.

Resumen popular

Un protocolo de distribución de clave cuántica (QKD) permite que dos usuarios establezcan una clave secreta comunicándose a través de un canal clásico autenticado y un canal cuántico completamente inseguro. Los parámetros importantes para un protocolo QKD son la cantidad de qubits enviados por el canal cuántico, la resistencia al ruido en el canal cuántico, el tamaño de la clave secreta de salida y el nivel de seguridad.

Los protocolos QKD existentes y las pruebas de seguridad muestran compensaciones entre los parámetros: para un número determinado de qubits, mejorar la resistencia al ruido o la seguridad hace que el tamaño de salida sea más pequeño. Estas compensaciones son especialmente graves cuando el número de qubits es pequeño, es decir, alrededor de 1000-10000. Este pequeño número de qubits surge en la práctica cuando el canal cuántico es particularmente difícil de implementar, por ejemplo, cuando un satélite transmite pares de fotones entrelazados a dos estaciones terrestres.

El presente trabajo pregunta: ¿existen protocolos QKD y pruebas de seguridad que muestren mejores compensaciones de parámetros, especialmente en el caso de que la cantidad de qubits sea pequeña? Presenta uno de esos protocolos QKD y prueba de seguridad. Este protocolo utiliza hash de dos universales en lugar de muestreo aleatorio para estimar la cantidad de errores de cambio de bit y cambio de fase, lo que lleva a una mejora espectacular en las compensaciones de parámetros para cantidades pequeñas de qubits, pero también hace que el protocolo sea más difícil de implementar.

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Citado por

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[2] Dimiter Ostrev, Davide Orsucci, Francisco Lázaro y Balazs Matuz, “Classical product code constructions for quantum Calderbank-Shor-Steane codes”, arXiv: 2209.13474.

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