QKD-parameterschatting door twee-universele hashing

Heruitgegeven door Plato

volgers: 0

QKD-parameterschatting door twee-universele hashing PlatoBlockchain Data Intelligence. Verticaal zoeken. Ai.

Instituut voor Communicatie en Navigatie, Duits Lucht- en Ruimtevaartcentrum, Oberpfaffenhofen, 82234 Weßling, Duitsland

Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.

Abstract

Dit document stelt voor en bewijst de veiligheid van een QKD-protocol dat twee-universele hashing gebruikt in plaats van willekeurige steekproeven om het aantal bitflip- en phaseflip-fouten te schatten. Dit protocol presteert aanzienlijk beter dan eerdere QKD-protocollen voor kleine blokgroottes. Meer in het algemeen, voor het QKD-protocol met twee universele hashing, neemt het verschil tussen asymptotische en eindige sleutelsnelheid af met het aantal $n$ qubits als $cn^{-1}$, waarbij $c$ afhangt van de beveiligingsparameter. Ter vergelijking: hetzelfde verschil neemt niet sneller af dan $c'n^{-1/3}$ voor een geoptimaliseerd protocol dat willekeurige steekproeven gebruikt en dezelfde asymptotische snelheid heeft, waarbij $c'$ afhangt van de beveiligingsparameter en de fout tarief.

Populaire samenvatting

Met een kwantumsleuteldistributieprotocol (QKD) kunnen twee gebruikers een geheime sleutel tot stand brengen door te communiceren via een geverifieerd klassiek kanaal en een volledig onveilig kwantumkanaal. Belangrijke parameters voor een QKD-protocol zijn het aantal qubits dat over het kwantumkanaal wordt verzonden, de weerstand tegen ruis op het kwantumkanaal, de grootte van de uitvoergeheime sleutel en het beveiligingsniveau.

Bestaande QKD-protocollen en beveiligingsbewijzen vertonen compromissen tussen de parameters: voor een bepaald aantal qubits zorgt verbetering van de ruisweerstand of beveiliging ervoor dat de output kleiner wordt. Deze compromissen zijn vooral ernstig wanneer het aantal qubits klein is, namelijk rond de 1000-10000. Zo'n klein aantal qubits komt in de praktijk voor als het kwantumkanaal bijzonder moeilijk te implementeren is, bijvoorbeeld als een satelliet verstrengelde fotonenparen naar twee grondstations zendt.

Het huidige werk vraagt: zijn er QKD-protocollen en beveiligingsbewijzen die betere parameterafwegingen vertonen, vooral in het geval dat het aantal qubits klein is? Het presenteert zo'n QKD-protocol en beveiligingsbewijs. Dit protocol maakt gebruik van two-universele hashing in plaats van willekeurige steekproeven om het aantal bitflip- en phaseflip-fouten te schatten, wat leidt tot een dramatische verbetering in parameterafwegingen voor kleine aantallen qubits, maar maakt het protocol ook moeilijker te implementeren.

► BibTeX-gegevens

@artikel{Ostrev2023qkdparameter, doi = {10.22331/q-2023-01-13-894}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-01-13-894}, titel = {{QKD } parameterschatting door twee-universele hashing}, auteur = {Ostrev, Dimiter}, tijdschrift = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, uitgever = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Toegang tot uitgevers in de Quantenwissenschaften}}, volume = {7}, pagina's = {894}, maand = jan, jaar = {2023} }

► Referenties

[1] Charles H. Bennett, David P. DiVincenzo, John A. Smolin en William K. Wootters. Mixed-state verstrengeling en kwantumfoutcorrectie. Fysiek. 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] Niek J Bouman en Serge Fehr. Bemonstering in een kwantumpopulatie en toepassingen. In jaarlijkse cryptologieconferentie, pagina's 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 en Louis Salvail. Geheime sleutelverzoening door openbare discussie. In Workshop over de theorie en toepassing van cryptografische technieken, pagina's 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 en NJA Sloane. Kwantumfoutcorrectie en orthogonale geometrie. Fysiek. 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 en Peter W. Shor. Er bestaan goede kwantumfoutcorrigerende codes. Fysiek. 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 en Mark N. Wegman. Universele klassen van hashfuncties. 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. Codering voor twee luidruchtige kanalen. In Colin Cherry, redacteur, Information Theory, 3rd London Symposium, Londen, Engeland, sept. 1955. Butterworth's wetenschappelijke publicaties, 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 en HF Chau. Praktische problemen bij nabewerking van kwantumsleuteldistributie. Physical Review 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. Codes voor pariteitscontrole met lage dichtheid. The MIT Press, 09 1963. doi:10.7551/mitpress/4347.001.0001.
https: / / doi.org/ 10.7551 / mitpress / 4347.001.0001

[10] Daniël Gottesman. Klasse van kwantumfoutcorrigerende codes die de kwantumhamming-grens verzadigen. Fysiek. Rev. A, 54:1862–1868, september 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. Eenvoudig beveiligingsbewijs van kwantumsleuteldistributie op basis van complementariteit. New Journal of Physics, 11(4):045018, apr 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 en Artur Ekert. Beveiligingsanalyse van kwantumsleuteldistributie met kleine bloklengte en de toepassing ervan op kwantumruimtecommunicatie. Physical Review Letters, 126(10), maart 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 en HF Chau. Onvoorwaardelijke beveiliging van kwantumsleuteldistributie over willekeurig lange afstanden. Science, 283(5410):2050–2056, maart 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 en Isaac L. Chuang. Kwantumberekening en kwantuminformatie. Cambridge University Press, juni 2012.
https: / / doi.org/ 10.1017 / cbo9780511976667

[15] Dimiter Ostrev. Opstelbare, onvoorwaardelijk veilige berichtauthenticatie zonder enige geheime sleutel. In 2019 IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT), pagina's 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 en P. Wallden. Vooruitgang in kwantumcryptografie. Adv. Opt. Photon., 12(4):1012–1236, december 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] Christoffel Portman. Sleutelrecycling bij authenticatie. 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] Christopher Portmann en Renato Renner. Cryptografische beveiliging van kwantumsleuteldistributie, 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. Beveiliging van kwantumsleuteldistributie. Proefschrift, ETH Zürich, 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 en John Preskill. Eenvoudig bewijs van beveiliging van het bb84 kwantumsleuteldistributieprotocol. Fysiek. Rev. Lett., 85:441–444, juli 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] Andreas Steane. Interferentie door meerdere deeltjes en kwantumfoutcorrectie. Procedures van de Royal Society of London. Serie A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 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. Positieve functies op c*-algebra's. Proceedings of the American Mathematical Society, 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 en Anthony Leverrier. Een grotendeels op zichzelf staand en volledig beveiligingsbewijs voor kwantumsleuteldistributie. 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 en Renato Renner. Strakke eindige-sleutelanalyse voor kwantumcryptografie. Natuurcommunicatie, 3(1):1–6, 2012. doi:10.1038/ncomms1631.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms1631

[25] Mark N. Wegman en J. Lawrence Carter. Nieuwe hash-functies en hun gebruik bij authenticatie en gelijkheid instellen. 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, et al. Op verstrengeling gebaseerde veilige kwantumcryptografie over 1,120 kilometer. Natuur, 582(7813):501–505, 2020. doi:10.1038/s41586-020-2401-y.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-020-2401-y

Geciteerd door

[1] Manuel B. Santos, Paulo Mateus en Chrysoula Vlachou, "Quantum Universally Composable Oblivious Linear Evaluation", arXiv: 2204.14171.

[2] Dimiter Ostrev, Davide Orsucci, Francisco Lázaro en Balazs Matuz, "Klassieke productcodeconstructies voor kwantum Calderbank-Shor-Steane-codes", arXiv: 2209.13474.

Bovenstaande citaten zijn afkomstig van SAO / NASA ADS (laatst bijgewerkt met succes 2023-01-14 11:00:11). De lijst is mogelijk onvolledig omdat niet alle uitgevers geschikte en volledige citatiegegevens verstrekken.

On De door Crossref geciteerde service er zijn geen gegevens gevonden over het citeren van werken (laatste poging 2023-01-14 11:00:09).

Dit artikel is gepubliceerd in Quantum onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationaal (CC BY 4.0) licentie. Het auteursrecht blijft berusten bij de oorspronkelijke houders van auteursrechten, zoals de auteurs of hun instellingen.

Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
Bron: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-01-13-894/

Tijdstempel: 13 januari 2023

Tijdstempel: Februari 9, 2023

QKD-parameterschatting door twee-universele hashing

Heruitgegeven door Plato

Abstract

Populaire samenvatting

► BibTeX-gegevens

► Referenties

Geciteerd door

Meer van Quantum Journaal

Kwantumwandelingen met continue tijd voor MAX-CUT zijn hot

Overlappende groeperingsmeting: een verenigd raamwerk voor het meten van kwantumtoestanden

Algemene algoritmen voor het verspreiden van overtuigingen voor het decoderen van oppervlaktecodes

Kwantummanipulatie van een mechanisch systeem met twee niveaus

Verbetering van de prestaties van kwantumsleuteldistributie met twee velden met voordelige destillatietechnologie

Een relativistische discrete ruimtetijdformulering van 3+1 QED

Het ontdekken van optimale fermion-qubit-toewijzingen door middel van algoritmische opsomming

Hier komt de SU(N): multivariate kwantumpoorten en gradiënten

Coherente feedback in optomechanische systemen in het zijband-onopgeloste regime

Een cellulaire automaatdecoder voor een op ruis afgestemde kleurcode

Dynamische verplaatsing van meerdere lichamen van een Tonks-gas in een quasi-periodiek rijpotentieel

Over Ons

Verticaal zoeken & Ai

Platform

Blijf verbonden

Account