חיזוק קריפטוגרפיה בלתי תלויה במכשיר עם אי-לוקאליות משולשת

חיזוק קריפטוגרפיה בלתי תלויה במכשיר עם אי-לוקאליות משולשת

חותמת זמן: 13 באפריל 2023 9:40
חיזוק קריפטוגרפיה בלתי תלויה במכשיר עם אינטליגנציה של PlatoBlockchain Data משולשת שאינה מקומית. חיפוש אנכי. איי.

פדריקו גרסלי, גליוסיה מורטה, הרמן קמפרמן ודגמר ברוס

Institut für Theoretische Physik III, Heinrich-Heine-Universität דיסלדורף, Universitätsstraße 1, D-40225 דיסלדורף, גרמניה

מצא את העיתון הזה מעניין או רוצה לדון? סקייט או השאירו תגובה ב- SciRate.

תַקצִיר

פרוטוקולים בלתי תלויים במכשיר (DI), כגון הסכם מפתח ועידה של DI (DICKA) והרחבת אקראיות של DI (DIRE), מאשרים אקראיות פרטית על ידי צפייה במתאמים לא מקומיים כאשר שני צדדים או יותר בודקים אי שוויון בל. בעוד שרוב פרוטוקולי ה-DI מוגבלים לבדיקות Bell דו-צדדיות, רתימת מתאמים לא-מקומיים מרובי-חלקים עשויה להוביל לביצועים טובים יותר. כאן, אנו רואים פרוטוקולים משולשים של DICKA ו-DIRE המבוססים על בדיקת אי-שוויון בל רב-צדדי, במיוחד: אי-השוויון Mermin-Ardehali-Belinskii-Klyshko (MABK), ואי-השוויון של Holz ו-Parity-CHSH שהוכנסו בהקשר של פרוטוקולי DICKA. אנו מעריכים את הביצועים האסימפטוטיים של פרוטוקולי DICKA (DIRE) במונחים של שיעור מפתח הוועידה שלהם (שיעור ייצור אקראיות נטו), על ידי גזירת גבולות נמוכים על האנטרופיה המותנית של פון נוימן של תוצאה של צד אחד ותוצאות של שני צדדים. עבור אי השוויון בהולץ, אנו מוכיחים גבול תחתון אנליטי הדוק על האנטרופיה של תוצאה אחת ומשערים גבול תחתון הדוק על האנטרופיה של שתי התוצאות. בנוסף, אנו גוזרים מחדש את האנטרופיה האנליטית של תוצאה אחת המחוברת לאי-שוויון MABK בשיטה הרבה יותר פשוטה ומקבלים גבול תחתון מספרי על האנטרופיה של שתי התוצאות לאי השוויון Parity-CHSH. הסימולציות שלנו מראות כי פרוטוקולי DICKA ו-DIRE המשתמשים באי-שוויון בל משולש יכולים לעלות משמעותית על מקביליהם הדו-צדדיים. יתרה מכך, אנו קובעים כי הסתבכות רב-חלקית אמיתית אינה תנאי מוקדם ל-DIRE רב-חלקית בעוד הנחיצותה עבור DICKA נותרה שאלה פתוחה.

סיכום פופולרי

בפרוטוקולים בלתי תלויים במכשיר, כמות האקראיות הסודית שניתן לאשר תלויה באי-לוקאליות של המתאמים הנצפים, המכומתת על ידי הפרה של אי שוויון בל. רוב הפרוטוקולים הבלתי תלויים במכשיר מבוססים על הפרה של אי-השוויון הדו-צדדי של Bell (למשל אי-השוויון CHSH). בעבודתנו, אנו מראים שמתאמים לא-מקומיים רב-צדדיים, המעידים על הפרה של אי-השוויון הרב-צדדי של Bell, מאפשרים אישור של אקראיות סודית יותר מתוצאות של צד אחד או שניים. זה מושג על ידי גזירת גבולות אנליטיים ומספריים על האנטרופיות הרלוונטיות של פון נוימן.

► נתוני BibTeX

► הפניות

[1] 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. "התקדמות בהצפנה קוונטית". עו"ד העדיף. פוטון. 12, 1012–1236 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1364 / AOP.361502

[2] Feihu Xu, Xiongfeng Ma, Qiang Zhang, Hoi-Kwong Lo, ו-Jian-Wei Pan. "הפצה מאובטחת של מפתח קוונטי עם מכשירים מציאותיים". ר' מוד. פיזי. 92, 025002 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.92.025002

[3] לארס לידרסן, קרלוס וויצ'רס, כריסטופר ויטמן, דומיניק אלסר, יוהנס סקאר, ואדים מקרוב. "פריצת מערכות הצפנה קוונטיות מסחריות על ידי תאורה בהירה מותאמת". Nature Photonics 4, 686–689 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2010.214

[4] איליה גרהרדט, צ'ין ליו, אנטיה לאמאס-לינארס, יוהנס סקאר, כריסטיאן קורציפר ואדים מקרוב. "יישום בשדה מלא של מצותת מושלמת במערכת הצפנה קוונטית". תקשורת טבע 2, 349 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms1348

[5] א' יאו וד' מאיירס. "הצפנה קוונטית עם מנגנון לא מושלם". בסימפוזיון השנתי ה-54 של IEEE על יסודות מדעי המחשב. עמוד 503. Los Alamitos, CA, USA (1998). חברת מחשבים IEEE.
https: / / doi.org/ 10.1109 / SFCS.1998.743501

[6] אנטוניו אסין, ניקולס גיסין וללואיס מסאנס. "ממשפט הפעמון להפצה מאובטחת של מפתח קוונטי". פיזי. הכומר לט. 97, 120405 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.120405

[7] ג'ונתן בארט, אדריאן קנט וסטפנו פירוניו. "קורלציות קוונטיות לרוב לא מקומיות ומונוגמיות". פיזי. הכומר לט. 97, 170409 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.170409

[8] JS Bell ואלן אספקט. "ניתן לדבר ובלתי ניתן לתיאור במכניקת הקוונטים: מאמרים שנאספו על פילוסופיית הקוונטים". הוצאת אוניברסיטת קיימברידג'. (2004). מהדורה 2.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511815676

[9] ניקולס ברונר, דניאל קוולקנטי, סטפנו פירוניו, ולריו סקאראני וסטפני ווהנר. "לא מקומיות של פעמון". כומר מוד. פיזי. 86, 419–478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419

[10] B. Hensen, H. Bernien, AE Dréau, A. Reiserer, N. Kalb, MS Blok, J. Ruitenberg, RFL Vermeulen, RN Schouten, C. Abellán, W. Amaya, V. Pruneri, MW Mitchell, M. Markham , DJ Twitchen, D. Elkouss, S. Wehner, TH Taminiau, ו-R. Hanson. "הפרת אי שוויון פעמונים ללא פרצה באמצעות ספינים אלקטרונים המופרדים ב-1.3 קילומטרים". טבע 526, 682–686 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature15759

[11] Marissa Giustina, Marijn AM Versteegh, Soren Wengerowsky, Johannes Handsteiner, Armin Hochrainer, Kevin Phelan, Fabian Steinlechner, Johannes Kofler, Jan-Åke Larsson, Carlos Abellan, Waldimar Amaya, Valerio Pruneri, Morgan W. Mitchell, Jörn Beyer, Thomas Gerrits, אדריאנה אי ליטה, לינדן ק. שלאם, סא וו נאם, תומס שיידל, רופרט אורסין, ברנהרד ויטמן ואנטון זיילינגר. "בדיקה משמעותית ללא פרצה של משפט הפעמון עם פוטונים מסובכים". פיזי. הכומר לט. 115, 250401 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.250401

[12] אנטוניו אסין, ניקולס ברונר, ניקולס גיסין, סרג' מסאר, סטפנו פירוניו ולריו סקאראני. "אבטחה בלתי תלויה במכשיר של הצפנה קוונטית נגד התקפות קולקטיביות". פיזי. הכומר לט. 98, 230501 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.230501

[13] סטפנו פירוניו, אנטוניו אסין, ניקולס ברונר, ניקולס גיסין, סרז' מסאר ולריו סקאראני. "הפצת מפתח קוונטי בלתי תלוי במכשיר מאובטחת מפני התקפות קולקטיביות". New Journal of Physics 11, 045021 (2009).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​11/​4/​045021

[14] לואיס מסאנס, סטפנו פירוניו ואנטוניו אסין. "הפצה מאובטחת של מפתח קוונטי ללא מכשיר עם התקני מדידה בלתי תלויים סיבתית". תקשורת טבע 2, 238 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms1244

[15] אומש וזיראני ותומס וידיק. "הפצה בלתי תלויה במכשיר לחלוטין". פיזי. הכומר לט. 113, 140501 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.140501

[16] רותם ארנון-פרידמן, פרדריק דופוי, עומר פאוזי, רנאטו רנר ותומאס וידיק. "הצפנה קוונטית בלתי תלויה במכשיר באמצעות הצטברות אנטרופיה". תקשורת טבע 9, 459 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-017-02307-4

[17] ולריו סקאראני וניקולס גיסין. "תקשורת קוונטית בין n שותפים ואי השוויון של פעמון". פיזי. הכומר לט. 87, 117901 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.87.117901

[18] ולריו סקאראני וניקולס גיסין. "התפלגות מפתח קוונטי בין n שותפים: האזנה אופטימלית ואי-שוויון של פעמון". פיזי. ר' א 65, 012311 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.012311

[19] טימו הולץ, הרמן קמפרמן ודגמר ברוס. "אי-שוויון אמיתי בפעמון רב-צדדי להסכם מפתח ועידה בלתי תלוי במכשיר". פיזי. Rev. Research 2, 023251 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.023251

[20] ג'רמי ריביירו, גליוסיה מורטה וסטפני ווהנר. "השב ל"הערה על הסכם מפתח ועידה בלתי תלוי לחלוטין במכשיר"". פיזי. Rev. A 100, 026302 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.026302

[21] גליוסיה מורטה, פדריקו גראסלי, הרמן קמפרמן ודגמר ברוס. "הסכם מפתח ועידה קוונטית: סקירה". Advanced Quantum Technologies 3, 2000025 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1002 / qute.202000025

[22] רוג'ר קולבק. "פרוטוקולים קוונטיים ורלטיביסטיים לחישוב מאובטח מרובה צדדים" (2011). arXiv:0911.3814.
arXiv: 0911.3814

[23] S. Pironio, A. Acín, S. Massar, A. Boyer de la Giroday, DN Matsukevich, P. Maunz, S. Olmschenk, D. Hayes, L. Luo, TA Manning, et al. "מספרים אקראיים מאושרים על ידי משפט הפעמון". טבע 464, 1021–1024 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature09008

[24] רוג'ר קולבק ואדריאן קנט. "הרחבת אקראיות פרטית עם מכשירים לא מהימנים". כתב עת לפיזיקה א': מתמטי ותיאורטי 44, 095305 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​44/​9/​095305

[25] קארל א. מילר ויאויון שי. "פרוטוקולים חזקים להרחבת אקראיות מאובטחת והפצת מפתחות באמצעות התקנים קוונטיים לא מהימנים". J. ACM 63 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2885493

[26] סטפנו פירוניו וסרג' מסאר. "אבטחה של יצירת אקראיות פרטית מעשית". פיזי. ר' א 87, 012336 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.012336

[27] סרג' פהר, רן גלס וכריסטיאן שפנר. "אבטחה והתאמה של התרחבות אקראיות מאי-שוויון פעמון". פיזי. ר' א 87, 012335 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.012335

[28] אריק וודהד, בוריס בורדונקל ואנטוניו אסין. "אקראיות מול אי-לוקאליות בניסוי מרמין-בל עם שלושה צדדים". Quantum 2, 82 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-17-82

[29] ון-ז'או ליו, מינג-האן לי, סמי ראגי, סי-רן ז'או, בינג באי, יאנג ליו, פיטר ג'יי בראון, ג'ון ז'אנג, רוג'ר קולבק, ג'ינגיון פאן, צ'יאנג ג'אנג וג'יאן-וויי פאן. "הרחבת אקראיות בלתי תלויה במכשיר כנגד מידע צדדי קוונטי". טבע פיזיקה 17, 448–451 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-020-01147-2

[30] לינדן ק. שלאם, יאנבאו ג'אנג, ג'ושוע סי בינפאנג, קולין שלאגר, מרטין ג'יי סטיבנס, מייקל ד' מזורק, קרלוס אבלן, וולדימאר אמייה, מורגן וו. מיטשל, מוחמד א' אלהג'י, הונגהאו פו, ג'ואל אורנשטיין, ריצ'רד פ. מירין, סא וו נאם ועמנואל קניל. "הרחבת אקראיות בלתי תלויה במכשיר עם פוטונים מסובכים". טבע פיזיקה 17, 452–456 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-020-01153-4

[31] ווי ג'אנג, טים ואן לינט, קאי רדקר, רוברט גארטהוף, רנה שוונק, פלוריאן פרטיג, סבסטיאן אפלט, וונג'מין רוזנפלד, ולריו סקאראני, צ'ארלס סי-וו. לים, והאראלד וינפורטר. "מערכת הפצת מפתח קוונטי בלתי תלויה במכשיר למשתמשים מרוחקים". טבע 607, 687–691 (2022).
https: / doi.org/â € ‹10.1038 / s41586-022-04891-y

[32] DP Nadlinger, P. Drmota, BC Nichol, G. Araneda, D. Main, R. Srinivas, DM Lucas, CJ Ballance, K. Ivanov, EY-Z. Tan, P. Sekatski, RL Urbanke, R. Renner, N. Sangouard, and J.-D. בנקל. "הפצה נסיונית של מפתח קוונטי מאושרת על ידי משפט הפעמון". טבע 607, 682–686 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04941-5

[33] Wen-Zhao Liu, Yu-Zhe Zhang, Yi-Zheng Zhen, Ming-Han Li, Yang Liu, Jingyun Fan, Feihu Xu, Qiang Zhang, ו-Jian-Wei Pan. "לקראת הדגמה פוטונית של הפצת מפתח קוונטי בלתי תלוי במכשיר". פיזי. הכומר לט. 129, 050502 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.050502

[34] ג'ון פ. קלוזר, מייקל א. הורן, אבנר שמעוני וריצ'רד א. הולט. "ניסוי מוצע לבדיקת תיאוריות מקומיות של משתנים נסתרים". פיזי. הכומר לט. 23, 880–884 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.23.880

[35] אריק וודהד, אנטוניו אסין וסטפנו פירוניו. "התפלגות מפתח קוונטית בלתי תלויה במכשיר עם אי שוויון CHSH אסימטריים". Quantum 5, 443 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-04-26-443

[36] מישל מסיני, סטפנו פירוניו ואריק וודהד. "ניתוח אבטחה DIQKD פשוט ומעשי באמצעות יחסי אי ודאות מסוג BB84 ומגבלות מתאם פאולי". Quantum 6, 843 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-10-20-843

[37] פאבל סקאצקי, ז'אן-דניאל בנקל, חאבייר ואלקארס, ארנסט י.-ז. טאן, רנאטו רנר וניקולס סנגוארד. "התפלגות מפתח קוונטי בלתי תלוי במכשיר מאי שוויון כללי CHSH". Quantum 5, 444 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-04-26-444

[38] Rutvij Bhavsar, סמי ראגי ורוג'ר קולבק. "שיפור בשיעורי הרחבת אקראיות בלתי תלויה במכשיר באמצעות אקראיות דו-צדדית" (2023). arXiv:2103.07504.
arXiv: 2103.07504

[39] פיטר בראון, חמזה פאוזי ועומר פאוזי. "חישוב אנטרופיות מותנות עבור מתאמים קוונטיים". תקשורת טבע 12, 575 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-020-20018-1

[40] ארנסט י.-ז. Tan, René Schwonnek, Koon Tong Goh, Ignatius William Primaatmaja, ו-Charles C.-W. Lim. "מחשוב שיעורי מפתח מאובטחים להצפנה קוונטית עם מכשירים לא מהימנים". npj Quantum Information 7, 158 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-021-00494-z

[41] ארנסט י.-ז. Tan, Pavel Sekatski, Jean-Daniel Bancal, Rene Schwonnek, Renato Renner, Nicolas Sangouard, and Charles C.-W. Lim. "פרוטוקולי DIQKD משופרים עם ניתוח בגודל סופי". Quantum 6, 880 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-12-22-880

[42] נ' דוד מרמין. "הסתבכות קוונטית קיצונית בסופרפוזיציה של מצבים מובחנים מבחינה מקרוסקופית". פיזי. הכומר לט. 65, 1838–1840 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.65.1838

[43] מ.ארדהאלי. "אי-שוויון בפעמון עם גודל של הפרה שגדל באופן אקספוננציאלי עם מספר החלקיקים". פיזי. Rev. A 46, 5375–5378 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.46.5375

[44] AV Belinskiĭ ו-DN Klyshko. "התערבות של אור ומשפט הפעמון". פיזי. Rev. A 36, 653–693 (1993).
https:/​/​doi.org/​10.1070/​PU1993v036n08ABEH002299

[45] אנטוניו אסין, סרג' מסאר וסטפנו פירוניו. "אקראיות מול חוסר מקומיות והסתבכות". פיזי. הכומר לט. 108, 100402 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.100402

[46] ג'רמי ריביירו, גליוסיה מורטה וסטפני ווהנר. "הסכם מפתח ועידה בלתי תלוי לחלוטין במכשיר". פיזי. ר' א 97, 022307 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.022307

[47] פדריקו גראסלי, גליוסיה מורטה, הרמן קמפרמן ודגמר ברוס. "גבולות האנטרופיה לקריפטוגרפיה בלתי תלויה במכשיר רב-צדדי". PRX Quantum 2, 010308 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010308

[48] לואיס מסנס. "הפרה אסימפטוטית של אי-שוויון פעמון וזיקוק". פיזי. הכומר לט. 97, 050503 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.050503

[49] מריו ברטה, מתיאס כריסטאנדל, רוג'ר קולבק, ג'וזף מ. רנס ורנאטו רנר. "עקרון אי הוודאות בנוכחות זיכרון קוונטי". טבע פיזיקה 6, 659–662 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1734

[50] טימו הולץ, דניאל מילר, הרמן קמפרמן ודגמר ברוס. "הגיב על "הסכם מפתח ועידה בלתי תלוי לחלוטין במכשיר"". פיזי. Rev. A 100, 026301 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.026301

[51] פדריקו גרסלי. "הצפנה קוונטית". ספרינגר הוצאה לאור בינלאומית. (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-64360-7

[52] G Murta, SB van Dam, J Ribeiro, R Hanson, and S Wehner. "לקראת מימוש של הפצת מפתח קוונטי בלתי תלוי במכשיר". Quantum Science and Technology 4, 035011 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / ab2819

[53] ג'ונתן בארט, רוג'ר קולבק ואדריאן קנט. "התקפות זיכרון על הצפנה קוונטית בלתי תלויה במכשיר". פיזי. הכומר לט. 110, 010503 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.010503

[54] F. Dupuis and O. Fawzi. "צבירת אנטרופיה עם מונח משופר מסדר שני". IEEE Transactions on Information Theory 65, 7596–7612 (2019).
https: / doi.org/â € ‹10.1109 / TIT.2019.2929564

[55] אלכסנדר פיקסטון, ג'וזף הו, אנדרס אוליברנה, פדריקו גראסלי, מסימיליאנו פרואייטי, כריסטופר ל. מוריסון, פיטר בארו, פרנצ'סקו גרפיטי ואלסנדרו פדריצי. "יתרון ניסיוני ברשת להסכם מפתח ועידה קוונטית" (2022). arXiv:2207.01643.
arXiv: 2207.01643

[56] מייקל אפינג, הרמן קמפרמן, קיארה מקיאבלו ודגמר ברוס. "הסתבכות מרובה-חלקית יכולה להאיץ את הפצת המפתח הקוונטי ברשתות". New Journal of Physics 19, 093012 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aa8487

[57] ג'אקומו קאררה, הרמן קמפרמן, דגמר ברוס וגלא אושיה מורטה. "הסתבכות אמיתית רב-צדדית אינה תנאי מוקדם להסכם מפתח ועידה מאובטח". Physical Review Research 3 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevresearch.3.013264

[58] מייקל א. נילסן ואייזק ל. צ'ואנג. "חישוב קוונטי ומידע קוונטי: מהדורת 10 שנים". הוצאת אוניברסיטת קיימברידג'. (2010).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[59] לוקאס טנדיק, הרמן קמפרמן ודגמר ברוס. "כימת משאבים קוונטיים נחוצים עבור אי-מקומיות". Physical Review Research 4 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevresearch.4.l012002

[60] Wolfram Research, Inc. "Mathematica, גרסה 10.3" (2016).

מצוטט על ידי

מאמר זה מתפרסם בקוונטים תחת התקציב ייחוס Creative Commons 4.0 הבינלאומי (CC BY 4.0) רישיון. זכויות יוצרים נשארות עם בעלי זכויות היוצרים המקוריים כמו המחברים או מוסדותיהם.

בול זמן:

עוד מ יומן קוונטים