تخمین پارامتر QKD با هشینگ دو جهانی

بازنشر افلاطون

دنبال: 0

تخمین پارامتر QKD با هش دوگانه جهانی داده PlatoBlockchain Intelligence. جستجوی عمودی Ai.

موسسه ارتباطات و ناوبری، مرکز هوافضای آلمان، Oberpfaffenhofen، 82234 Weßling، آلمان

این مقاله را جالب می دانید یا می خواهید بحث کنید؟ SciRate را ذکر کنید یا در SciRate نظر بدهید.

چکیده

این مقاله امنیت یک پروتکل QKD را پیشنهاد و اثبات می‌کند که از هش دو جهانی به جای نمونه‌برداری تصادفی برای تخمین تعداد خطاهای تلنگر بیت و برگشت فاز استفاده می‌کند. این پروتکل به طور چشمگیری از پروتکل های QKD قبلی برای اندازه بلوک های کوچک بهتر عمل می کند. به طور کلی، برای پروتکل هش دو جهانی QKD، تفاوت بین نرخ کلید مجانبی و محدود با تعداد $n$ کیوبیت به صورت $cn^{-1}$ کاهش می‌یابد، که در آن $c$ به پارامتر امنیتی بستگی دارد. برای مقایسه، همان تفاوت برای یک پروتکل بهینه‌سازی شده که از نمونه‌گیری تصادفی استفاده می‌کند و نرخ مجانبی یکسانی دارد، سریع‌تر از $c'n^{-1/3}$ کاهش نمی‌یابد، جایی که $c'$ به پارامتر امنیتی و خطا بستگی دارد. نرخ.

خلاصه محبوب

یک پروتکل توزیع کلید کوانتومی (QKD) به دو کاربر اجازه می دهد تا با برقراری ارتباط از طریق یک کانال کلاسیک تأیید شده و یک کانال کوانتومی کاملاً ناامن، یک کلید مخفی ایجاد کنند. پارامترهای مهم برای یک پروتکل QKD عبارتند از تعداد کیوبیت های ارسال شده از طریق کانال کوانتومی، مقاومت در برابر نویز در کانال کوانتومی، اندازه کلید مخفی خروجی و سطح امنیتی.

پروتکل‌های QKD و گواهی‌های امنیتی موجود، معاوضه‌هایی را بین پارامترها نشان می‌دهند: برای تعداد مشخصی کیوبیت، بهبود مقاومت در برابر نویز یا امنیت، اندازه خروجی را کوچک‌تر می‌کند. این مبادلات به ویژه زمانی که تعداد کیوبیت ها کم است، یعنی حدود 1000-10000، شدیدتر می شوند. چنین تعداد کمی از کیوبیت ها در عمل زمانی به وجود می آیند که اجرای کانال کوانتومی به ویژه دشوار باشد، برای مثال زمانی که یک ماهواره جفت فوتون های درهم تنیده را به دو ایستگاه زمینی ارسال می کند.

کار حاضر می‌پرسد: آیا پروتکل‌های QKD و اثبات‌های امنیتی وجود دارند که مبادلات پارامترهای بهتری را نشان می‌دهند، به خصوص در مواردی که تعداد کیوبیت‌ها کم است؟ این پروتکل QKD و گواهی امنیتی را ارائه می دهد. این پروتکل از هش دو جهانی به جای نمونه‌برداری تصادفی برای تخمین تعداد خطاهای بازگردانی بیت و بازگردانی فاز استفاده می‌کند، که منجر به بهبود چشمگیری در مبادله پارامترها برای تعداد کمی از کیوبیت‌ها می‌شود، اما همچنین اجرای پروتکل را سخت‌تر می‌کند.

► داده های BibTeX

@article{Ostrev2023qkdparameter، doi = {10.22331/q-2023-01-13-894}، url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-01-13-894}، عنوان = {{QKD } تخمین پارامتر با هش دو جهانی}، نویسنده = {Ostrev، Dimiter}، journal = {{Quantum}}، issn = {2521-327X}، ناشر = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open دسترسی به Publizierens in den Quantenwissenschaften}}، حجم = {7}، صفحات = {894}، ماه = ژانویه، سال = {2023} }

◄ مراجع

[1] چارلز اچ. بنت، دیوید پی. دی وینچنزو، جان اسمولین، و ویلیام کی. درهم تنیدگی حالت مختلط و تصحیح خطای کوانتومی. فیزیک Rev. A, 54:3824–3851, Nov 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] نیک جی بومن و سرژ فهر. نمونه برداری در یک جمعیت کوانتومی و کاربردها در کنفرانس سالانه رمز شناسی، صفحات 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] ژیل براسارد و لوئیس سالویل. آشتی کلید سری با بحث عمومی. در کارگاه تئوری و کاربرد تکنیک های رمزنگاری، صفحات 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، و NJA Sloane. تصحیح خطای کوانتومی و هندسه متعامد. فیزیک Rev. Lett., 78:405–408, Jan 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 و Peter W. Shor. کدهای اصلاح کننده خطای کوانتومی خوبی وجود دارد. فیزیک 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 و Mark N. Wegman. کلاس های جهانی توابع هش. مجله علوم کامپیوتر و سیستم، 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] پیتر الیاس. کدنویسی برای دو کانال نویزدار در کالین چری، ویراستار، نظریه اطلاعات، سومین سمپوزیوم لندن، لندن، انگلستان، سپتامبر 3. انتشارات علمی باترورث، 1955. نشانی اینترنتی: https://worldcat.org/en/title/1956، doi: 562487502/10.1038a176773.
https://doi.org/10.1038/176773a0
https://worldcat.org/fa/title/562487502

[8] چی هانگ فرد فونگ، شیونگ فنگ ما، و اچ اف چاو. مسائل عملی در پس پردازش توزیع کلید کوانتومی بررسی فیزیکی A، 81(1)، ژانویه 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] رابرت جی. گالاگر. کدهای بررسی برابری با چگالی کم. مطبوعات MIT، 09 1963. doi:10.7551/mitpress/4347.001.0001.
https://doi.org/10.7551/mitpress/4347.001.0001

[10] دانیل گوتسمن. کلاس کدهای تصحیح کننده خطای کوانتومی که کران همینگ کوانتومی را اشباع می کند. فیزیک Rev. A, 54:1862–1868, Sep 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] ام کوشی. اثبات امنیتی ساده توزیع کلید کوانتومی بر اساس مکمل بودن. مجله جدید فیزیک، 11 (4): 045018، آوریل 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] چارلز سی ون لیم، فیهو خو، جیان وی پان و آرتور اکرت. تحلیل امنیتی توزیع کلید کوانتومی با طول بلوک کوچک و کاربرد آن در ارتباطات فضایی کوانتومی Physical Review Letters، 126(10)، مارس 2021. نشانی اینترنتی: 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 و HF Chau. امنیت بی قید و شرط توزیع کلید کوانتومی در فواصل زیاد دلخواه Science, 283(5410):2050–2056, Mar 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] مایکل ای. نیلسن و آیزاک ال. چوانگ. محاسبات کوانتومی و اطلاعات کوانتومی انتشارات دانشگاه کمبریج، ژوئن 2012.
https://doi.org/10.1017/cbo9780511976667

[15] دیمیتر استرو. احراز هویت پیام قابل تنظیم و بدون قید و شرط بدون هیچ کلید مخفی. در سال 2019 سمپوزیوم بین المللی IEEE در نظریه اطلاعات (ISIT)، صفحات 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. رضوی، J. شمسول شعاری ، M. Tomamichel، VC Usenko، G. Vallone، P. Villoresi، و P. Wallden. پیشرفت در رمزنگاری کوانتومی Adv. انتخاب کنید Photon., 12(4):1012–1236، دسامبر 2020. نشانی اینترنتی: 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] کریستوفر پورتمن بازیافت کلید در احراز هویت 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] کریستوفر پورتمن و رناتو رنر. امنیت رمزنگاری توزیع کلید کوانتومی، 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] رناتو رنر. امنیت توزیع کلید کوانتومی پایان نامه دکتری، ETH زوریخ، 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] پیتر دبلیو شور و جان پرسکیل. اثبات ساده امنیت پروتکل توزیع کلید کوانتومی bb84. فیزیک Rev. Lett., 85:441–444, Jul 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] اندرو استین. تداخل چند ذره و تصحیح خطای کوانتومی. مجموعه مقالات انجمن سلطنتی لندن. سری A: علوم ریاضی، فیزیک و مهندسی، 452 (1954): 2551–2577، 1996. URL: https://royalsocietypublishing.org/doi/abs/10.1098/rspa.1996.0136. /rspa.10.1098.
https://doi.org/10.1098/rspa.1996.0136

[22] دبلیو فارست استین اسپرینگ. توابع مثبت در جبرهای c*. مجموعه مقالات انجمن ریاضی آمریکا، 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] مارکو تومایکل و آنتونی لوریر یک اثبات امنیتی کاملا مستقل و کامل برای توزیع کلید کوانتومی. 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] مارکو تومایکل، چارلز سی ون لیم، نیکلاس گیسین و رناتو رنر. تحلیل کلید محدود محکم برای رمزنگاری کوانتومی ارتباطات طبیعت، 3 (1): 1-6، 2012. doi:10.1038/ncomms1631.
https://doi.org/10.1038/ncomms1631

[25] مارک ان. وگمن و جی.لارنس کارتر. توابع هش جدید و استفاده از آنها در احراز هویت و برابری مجموعه. مجله علوم کامپیوتر و سیستم، 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] خوان یین، یو-هوآی لی، شنگ-کای لیائو، منگ یانگ، یوان کائو، لیانگ ژانگ، جی-گانگ رن، ون-چی کای، وی-یو لیو، شوانگ-لین لی، و همکاران. رمزنگاری کوانتومی ایمن مبتنی بر درهم تنیدگی بیش از 1,120 کیلومتر. Nature، 582(7813):501–505، 2020. doi:10.1038/s41586-020-2401-y.
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2401-y

ذکر شده توسط

[1] مانوئل بی. سانتوس، پائولو ماتئوس، و کریزولا ولاچو، "ارزیابی خطی غافلگیر پذیر جهانی کوانتومی"، arXiv: 2204.14171.

[2] Dimiter Ostrev، Davide Orsucci، Francisco Lázaro، و Balazs Matuz، "ساختارهای کد محصول کلاسیک برای کدهای کوانتومی Calderbank-Shor-Steane"، arXiv: 2209.13474.

نقل قول های بالا از SAO/NASA Ads (آخرین به روز رسانی با موفقیت 2023-01-14 11:00:11). فهرست ممکن است ناقص باشد زیرا همه ناشران داده های استنادی مناسب و کاملی را ارائه نمی دهند.

On سرویس استناد شده توسط Crossref هیچ داده ای در مورد استناد به آثار یافت نشد (آخرین تلاش 2023-01-14 11:00:09).

این مقاله در Quantum تحت عنوان منتشر شده است Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) مجوز. حق چاپ نزد دارندگان حق چاپ اصلی مانند نویسندگان یا مؤسسات آنها باقی می ماند.