Estimasi parameter QKD dengan hashing dua-universal

Estimasi parameter QKD dengan hashing dua-universal

Stempel Waktu: 13 Januari 2023 5
Estimasi parameter QKD dengan hashing dua universal PlatoBlockchain Data Intelligence. Pencarian Vertikal. Ai.

Dimiter Ostrev

Institut Komunikasi dan Navigasi, Pusat Dirgantara Jerman, Oberpfaffenhofen, 82234 Weßling, Jerman

Apakah makalah ini menarik atau ingin dibahas? Scite atau tinggalkan komentar di SciRate.

Abstrak

Makalah ini mengusulkan dan membuktikan keamanan protokol QKD yang menggunakan hashing dua-universal alih-alih pengambilan sampel acak untuk memperkirakan jumlah kesalahan pembalikan bit dan pembalikan fase. Protokol ini secara dramatis mengungguli protokol QKD sebelumnya untuk ukuran blok kecil. Lebih umum, untuk protokol QKD hashing dua-universal, perbedaan antara tingkat kunci asimtotik dan terbatas berkurang dengan jumlah $n$ qubit sebagai $cn^{-1}$, di mana $c$ bergantung pada parameter keamanan. Sebagai perbandingan, perbedaan yang sama berkurang tidak lebih cepat dari $c'n^{-1/3}$ untuk protokol yang dioptimalkan yang menggunakan pengambilan sampel acak dan memiliki tingkat asimtotik yang sama, di mana $c'$ bergantung pada parameter keamanan dan kesalahan kecepatan.

Ringkasan populer

Protokol distribusi kunci kuantum (QKD) memungkinkan dua pengguna untuk membuat kunci rahasia dengan berkomunikasi melalui saluran klasik yang diautentikasi dan saluran kuantum yang sepenuhnya tidak aman. Parameter penting untuk protokol QKD adalah jumlah qubit yang dikirim melalui saluran kuantum, ketahanan terhadap derau pada saluran kuantum, ukuran kunci rahasia keluaran, dan tingkat keamanan.

Protokol QKD yang ada dan bukti keamanan menunjukkan pertukaran antara parameter: untuk jumlah qubit tertentu, meningkatkan ketahanan kebisingan atau keamanan membuat ukuran output lebih kecil. Pertukaran ini sangat parah ketika jumlah qubit kecil, yaitu sekitar 1000-10000. Jumlah qubit yang begitu kecil muncul dalam praktik ketika saluran kuantum sangat sulit diterapkan, misalnya ketika satelit mentransmisikan pasangan foton terjerat ke dua stasiun bumi.

Karya ini bertanya: apakah ada protokol QKD dan bukti keamanan yang menunjukkan pertukaran parameter yang lebih baik, terutama dalam kasus ketika jumlah qubit kecil? Ini menyajikan satu protokol QKD dan bukti keamanan. Protokol ini menggunakan hashing dua-universal alih-alih pengambilan sampel acak untuk memperkirakan jumlah kesalahan flip bit dan flip fase, yang mengarah ke peningkatan dramatis dalam pertukaran parameter untuk sejumlah kecil qubit, tetapi juga membuat protokol lebih sulit untuk diterapkan.

► data BibTeX

► Referensi

[1] Charles H. Bennett, David P. DiVincenzo, John A. Smolin, dan William K. Wootters. Keterikatan keadaan campuran dan koreksi kesalahan kuantum. Fisika. Pdt. 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] Niek J Bouman dan Serge Fehr. Sampling dalam populasi kuantum, dan aplikasi. Dalam Konferensi Kriptologi Tahunan, halaman 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 dan Louis Salvail. Rekonsiliasi kunci-rahasia melalui diskusi publik. Dalam Lokakarya tentang Teori dan Penerapan Teknik Kriptografi, halaman 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, dan NJA Sloane. Koreksi kesalahan kuantum dan geometri ortogonal. Fisika. 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 dan Peter W. Shor. Ada kode koreksi kesalahan kuantum yang baik. Fisika. Rev. A, 54:1098–1105, Agustus 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 dan Mark N. Wegman. Kelas universal fungsi hash. 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. Pengkodean untuk dua saluran yang berisik. Dalam Colin Cherry, editor, Information Theory, 3rd London Symposium, London, Inggris, Sept. 1955. Publikasi ilmiah Butterworth, 1956. URL: https://​/​worldcat.org/​en/​title/562487502, doi: 10.1038/​176773a0.
https: / / doi.org/ 10.1038 / 176773a0
https://​/​worldcat.org/​en/​title/562487502

[8] Chi-Hang Fred Fung, Xiongfeng Ma, and HF Chau. Masalah praktis dalam postprocessing distribusi kunci kuantum. Tinjauan Fisik 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. Kode Periksa Paritas Kepadatan Rendah. The MIT Press, 09 1963. doi:10.7551/​mitpress/​4347.001.0001.
https: / / doi.org/ 10.7551 / mitpress / 4347.001.0001

[10] Daniel Gottsman. Kelas kode koreksi kesalahan kuantum menjenuhkan ikatan hamming kuantum. Fisika. 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] M Koashi. Bukti keamanan sederhana dari distribusi kunci kuantum berdasarkan saling melengkapi. Jurnal Fisika Baru, 11(4):045018, April 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, dan Artur Ekert. Analisis keamanan distribusi kunci kuantum dengan panjang blok kecil dan penerapannya pada komunikasi ruang kuantum. Surat Tinjauan Fisik, 126(10), Mar 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 dan HF Chau. Keamanan tanpa syarat dari distribusi kunci kuantum dalam jarak jauh yang sewenang-wenang. 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] Michael A. Nielsen dan Isaac L. Chuang. Komputasi Kuantum dan Informasi Kuantum. Cambridge University Press, Juni 2012.
https: / / doi.org/ 10.1017 / cbo9780511976667

[15] Dimiter Ostrev. Autentikasi pesan yang dapat disusun dan aman tanpa syarat tanpa kunci rahasia apa pun. Dalam Simposium Internasional IEEE 2019 tentang Teori Informasi (ISIT), halaman 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, and P. Wallden. Kemajuan dalam kriptografi kuantum. Lanjut Memilih. Foton., 12(4):1012–1236, Des 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 Portman. Daur ulang kunci dalam otentikasi. Transaksi IEEE tentang Teori Informasi, 60(7):4383–4396, 2014. doi:10.1109/​TIT.2014.2317312.
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2014.2317312

[18] Christopher Portmann dan Renato Renner. Keamanan kriptografi distribusi kunci kuantum, 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. Keamanan Distribusi Kunci Kuantum. Tesis PhD, ETH Zurich, 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 dan John Preskill. Bukti sederhana keamanan protokol distribusi kunci kuantum bb84. Fisika. 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] Andrew Steane. Interferensi multi-partikel dan koreksi kesalahan kuantum. Prosiding Royal Society of London. Seri A: Ilmu Matematika, Fisika, dan Teknik, 452(1954):2551–2577, 1996. URL: https://royalsocietypublishing.org/doi/abs/10.1098/rspa.1996.0136, doi:10.1098 /​rspa.1996.0136.
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.1996.0136

[22] W.Forrest Stinespring. Fungsi positif pada c*-aljabar. Prosiding Masyarakat Matematika Amerika, 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 dan Anthony Leverrier. Sebagian besar bukti keamanan mandiri dan lengkap untuk distribusi kunci kuantum. Quantum, 1:14, Juli 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, and Renato Renner. Analisis kunci terbatas yang ketat untuk kriptografi kuantum. Komunikasi alam, 3(1):1–6, 2012. doi:10.1038/​ncomms1631.
https://​/​doi.org/​10.1038/​ncomms1631

[25] Mark N. Wegman dan J.Lawrence Carter. Fungsi hash baru dan penggunaannya dalam otentikasi dan mengatur kesetaraan. 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, dkk. Kriptografi kuantum aman berbasis keterikatan sepanjang 1,120 kilometer. Alam, 582(7813):501–505, 2020. doi:10.1038/​s41586-020-2401-y.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-020-2401-y

Dikutip oleh

[1] Manuel B. Santos, Paulo Mateus, dan Chrysoula Vlachou, “Evaluasi Linier yang Dapat Disusun Secara Universal Quantum”, arXiv: 2204.14171.

[2] Dimiter Ostrev, Davide Orsucci, Francisco Lázaro, dan Balazs Matuz, “Konstruksi kode produk klasik untuk kode kuantum Calderbank-Shor-Steane”, arXiv: 2209.13474.

Kutipan di atas berasal dari SAO / NASA ADS (terakhir berhasil diperbarui, 2023-01-14 11:00:11). Daftar ini mungkin tidak lengkap karena tidak semua penerbit menyediakan data kutipan yang cocok dan lengkap.

On Layanan dikutip-oleh Crossref tidak ada data tentang karya mengutip ditemukan (upaya terakhir 2023-01-14 11:00:09).

Makalah ini diterbitkan dalam Quantum di bawah Creative Commons Attribution 4.0 Internasional (CC BY 4.0) lisensi. Hak cipta tetap berada pada pemegang hak cipta asli seperti penulis atau lembaganya.

Stempel Waktu:

Lebih dari Jurnal Kuantum