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

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

Tijdstempel: 6 december 2023 10:19 uur
Verbetering van de prestaties van kwantumsleuteldistributie met twee velden met voordeeldistillatietechnologie PlatoBlockchain Data Intelligence. Verticaal zoeken. Ai.

Hong-Wei Li1, Rui Qiang Wang2, Chun-Mei Zhang3en Qing Yu Cai4

1Henan Key Laboratory of Quantum Information and Cryptography, SSF IEU, Zhengzhou 450000, China
2CAS Key Laboratory of Quantum Information, Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China, Hefei, Anhui 230026, China
3Instituut voor Quantum Informatie en Technologie, Nanjing Universiteit voor Post en Telecommunicatie, Nanjing 210003, China
4School voor Informatie- en Communicatietechniek, Hainan Universiteit, Haikou 570228, China

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

Abstract

In dit werk passen we de voordeeldestillatiemethode toe om de prestaties van een praktisch tweevelds kwantumsleuteldistributiesysteem dat collectief wordt aangevallen te verbeteren. Vergeleken met het eerdere analyseresultaat van Maeda, Sasaki en Koashi [Nature Communication 10, 3140 (2019)] zal de maximale transmissieafstand verkregen door onze analysemethode worden vergroot van 420 km naar 470 km. Door de verliesonafhankelijke uitlijningsfout te vergroten tot 12%, kan de vorige analysemethode de snelheidsafstandsgrens niet overwinnen. Onze analysemethode kan echter nog steeds de snelheidsafstandsgrens overwinnen wanneer de uitlijningsfout 16% bedraagt. Verrassender is dat we bewijzen dat de distributie van kwantumsleutels met twee velden een positieve veilige sleutel kan genereren, zelfs als de verkeerde uitlijningsfout bijna 50% bedraagt. Onze analysemethode kan dus de prestaties van een praktisch distributiesysteem voor kwantumsleutels met twee velden aanzienlijk verbeteren.

โ–บ BibTeX-gegevens

โ–บ Referenties

[1] Charles H. Bennett en Gilles Brassard. "Kwantumcryptografie: distributie van openbare sleutels en het opgooien van munten". Theoretische informatica 560, 7โ€“11 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.tcs.2014.05.025

[2] Hoi Kwong Lo en Hoi Fung Chau. "Onvoorwaardelijke veiligheid van de distributie van kwantumsleutels over willekeurig lange afstanden". Wetenschap 283, 2050-2056 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.283.5410.2050

[3] Peter W Shor en John Preskill. "Eenvoudig bewijs van de veiligheid van het bb84 Quantum Key Distribution Protocol". Fysieke beoordelingsbrieven 85, 441 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.441

[4] Renato Renner. "Beveiliging van de distributie van kwantumsleutels". International Journal of Quantum Information 6, 1โ€“127 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749908003256

[5] Valerio Scarani, Helle Bechmann-Pasquinucci, Nicolas J Cerf, Miloslav Duลกek, Norbert Lรผtkenhaus en Momtchil Peev. "De veiligheid van praktische kwantumsleuteldistributie". Recensies van Moderne Natuurkunde 81, 1301 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.1301

[6] Hong-Wei Li, Shuang Wang, Jing-Zheng Huang, Wei Chen, Zhen-Qiang Yin, Fang-Yi Li, Zheng Zhou, Dong Liu, Yang Zhang, Guang-Can Guo, et al. "Een praktisch kwantumsleuteldistributiesysteem aanvallen met golflengteafhankelijke bundelsplitsers en bronnen met meerdere golflengten". Fysieke beoordeling A 84, 062308 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.84.062308

[7] Lars Lydersen, Carlos Wiechers, Christoffer Wittmann, Dominique Elser, Johannes Skaar en Vadim Makarov. "Commerciรซle kwantumcryptografiesystemen hacken door op maat gemaakte heldere verlichting". Natuurfotonica 4, 686-689 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2010.214

[8] Hong-Wei Li, Zheng-Mao Xu en Qing-Yu Cai. "Kleine onvolmaakte willekeur beperkt de veiligheid van de distributie van kwantumsleutels". Fysieke beoordeling A 98, 062325 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062325

[9] Samuel L. Braunstein en Stefano Pirandola. "Zijkanaalvrije kwantumsleuteldistributie". Fysieke beoordelingsbrieven 108, 130502 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.130502

[10] Hoi-Kwong Lo, Marcos Curty en Bing Qi. "Meetapparaat-onafhankelijke kwantumsleuteldistributie". Fysieke beoordelingsbrieven 108, 130503 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.130503

[11] Leong-Chuan Kwek, Lin Cao, Wei Luo, Yunxiang Wang, Shihai Sun, Xiangbin Wang en Ai Qun Liu. "Op chips gebaseerde kwantumsleuteldistributie". AAPPS-bulletin 31 (2021).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1007/โ€‹s43673-021-00017-0

[12] Stefano Pirandola, Riccardo Laurenza, Carlo Ottaviani en Leonardo Banchi. "Fundamentele grenzen van repeaterloze kwantumcommunicatie". Natuurcommunicatie 8, 15043 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms15043

[13] Marco Lucamarini, Zhiliang L Yuan, James F Dynes en Andrew J Shields. "Het overwinnen van de snelheidsafstandslimiet van kwantumsleuteldistributie zonder kwantumrepeaters". Natuur 557, 400โ€“403 (2018).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1038/โ€‹s41586-018-0066-6

[14] Xiongfeng Ma, Pei Zeng en Hongyi Zhou. "Phase-matching kwantumsleuteldistributie". Fysieke beoordeling X 8, 031043 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.031043

[15] Xiang-Bin Wang, Zong-Wen Yu en Xiao-Long Hu. "Twin-field kwantumsleuteldistributie met grote foutieve uitlijning". Fysieke beoordeling A 98, 062323 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062323

[16] Chaohan Cui, Zhen-Qiang Yin, Rong Wang, Wei Chen, Shuang Wang, Guang-Can Guo en Zheng-Fu Han. "Twin-field kwantumsleuteldistributie zonder fase-naselectie". Fysieke beoordeling toegepast 11, 034053 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.11.034053

[17] Marcos Curty, Koji Azuma en Hoi-Kwong Lo. "Eenvoudig beveiligingsbewijs van het kwantumsleuteldistributieprotocol van het dubbele veldtype". npj Quantuminformatie 5, 64 (2019).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1038/โ€‹s41534-019-0175-6

[18] Jie Lin en Norbert Lรผtkenhaus. "Eenvoudige beveiligingsanalyse van fase-matching meetapparaat-onafhankelijke kwantumsleuteldistributie". Fysieke beoordeling A 98, 042332 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.042332

[19] Kento Maeda, Toshihiko Sasaki en Masato Koashi. "Repeaterloze kwantumsleuteldistributie met efficiรซnte eindige-sleutelanalyse die de snelheidsafstandslimiet overwint". Natuurcommunicatie 10, 3140 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-019-11008-z

[20] Guillermo Currรกs-Lorenzo, รlvaro Navarrete, Koji Azuma, Go Kato, Marcos Curty en Mohsen Razavi. "Strike eindige-sleutelbeveiliging voor kwantumsleuteldistributie met twee velden". npj Quantuminformatie 7, 22 (2021).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1038/โ€‹s41534-020-00345-3

[21] Guillermo Currรกs-Lorenzo, Lewis Wooltorton en Mohsen Razavi. "Twin-field kwantumsleutelverdeling met volledig discrete fase-randomisatie". Fysieke beoordeling toegepast 15, 014016 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.15.014016

[22] M Minder, M Pittaluga, GL Roberts, M Lucamarini, JF Dynes, ZL Yuan en AJ Shields. "Experimentele kwantumsleuteldistributie die verder gaat dan de repeaterloze geheime sleutelcapaciteit". Natuurfotonica 13, 334โ€“338 (2019).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1038/โ€‹s41566-019-0377-7

[23] Xiaoqing Zhong, Jianyong Hu, Marcos Curty, Li Qian en Hoi-Kwong Lo. "Proof-of-principle experimentele demonstratie van kwantumsleutelverdeling van het twin-field-type". Fysieke beoordelingsbrieven 123, 100506 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.100506

[24] Yang Liu, Zong-Wen Yu, Weijun Zhang, Jian-Yu Guan, Jiu-Peng Chen, Chi Zhang, Xiao-Long Hu, Hao Li, Cong Jiang, Jin Lin, et al. "Experimentele kwantumsleuteldistributie met twee velden via verzenden of niet verzenden". Fysieke beoordelingsbrieven 123, 100505 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.100505

[25] Shuang Wang, De-Yong He, Zhen-Qiang Yin, Feng-Yu Lu, Chao-Han Cui, Wei Chen, Zheng Zhou, Guang-Can Guo en Zheng-Fu Han. "Het verslaan van de fundamentele snelheidsafstandslimiet in een proof-of-principle kwantumsleuteldistributiesysteem". Fysieke beoordeling X 9, 021046 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.9.021046

[26] Hui Liu, Cong Jiang, Hao-Tao Zhu, Mi Zou, Zong-Wen Yu, Xiao-Long Hu, Hai Xu, Shizhao Ma, Zhiyong Han, Jiu-Peng Chen, Yunqi Dai, Shi-Biao Tang, Weijun Zhang, Hao Li, Lixing You, Zhen Wang, Yong Hua, Hongkun Hu, Hongbo Zhang, Fei Zhou, Qiang Zhang, Xiang-Bin Wang, Teng-Yun Chen en Jian-Wei Pan. "Veldtest van kwantumsleuteldistributie met twee velden via verzenden of niet verzenden over 428 km". Fysieke beoordelingsbrieven 126, 250502 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.250502

[27] Jiu-Peng Chen, Chi Zhang, Yang Liu, Cong Jiang, Wei-Jun Zhang, Zhi-Yong Han, Shi-Zhao Ma, Xiao-Long Hu, Yu-Huai Li, Hui Liu, Fei Zhou, Hai-Feng Jiang, Teng-Yun Chen, Hao Li, Li-Xing You, Zhen Wang, Xiang-Bin Wang, Qiang Zhang en Jian-Wei Pan. "Twin-field kwantumsleuteldistributie over een 511 km lange optische vezel die twee afgelegen grootstedelijke gebieden met elkaar verbindt". Natuurfotonica 15, 570โ€“575 (2021).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1038/โ€‹s41566-021-00828-5

[28] Shuang Wang, Zhen-Qiang Yin, De-Yong He, Wei Chen, Rui-Qiang Wang, Peng Ye, Yao Zhou, Guan-Jie Fan-Yuan, Fang-Xiang Wang, Yong-Gang Zhu, Pavel V Morozov, Alexander V Divochiy, Zheng Zhou, Guang-Can Guo en Zheng-Fu Han. "Twin-field kwantumsleuteldistributie over 830 km glasvezel". Natuurfotonica 16, 154โ€“161 (2022).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1038/โ€‹s41566-021-00928-2

[29] Hua-Lei Yin en Zeng-Bing Chen. "Op coherente toestand gebaseerde kwantumsleuteldistributie met twee velden". Wetenschappelijke rapporten 9, 14918 (2019).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1038/โ€‹s41598-019-50429-0

[30] Mario Mastriani en Sundaraja Sitharama Iyengar. "Satellietkwantumrepeaters voor een kwantuminternet". Kwantumtechniek 2, e55 (2020).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1002/โ€‹que2.55

[31] Xiao-Min Hu, Cen-Xiao Huang, Yu-Bo Sheng, Lan Zhou, Bi-Heng Liu, Yu Guo, Chao Zhang, Wen-Bo Xing, Yun-Feng Huang, Chuan-Feng Li en Guang-Can Guo. "Verstrengelingszuivering over lange afstand voor kwantumcommunicatie". Fysieke beoordelingsbrieven 126, 010503 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.010503

[32] Gui-Lu Long, Dong Pan, Yu-Bo Sheng, Qikun Xue, Jianhua Lu en Lajos Hanzo. "Een evolutionair pad voor het kwantuminternet dat vertrouwt op veilige klassieke repeaters". IEEE-netwerk 36, 82โ€“88 (2022).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1109/โ€‹MNET.108.2100375

[33] Ueli M Maurer. "Geheime sleutelovereenkomst door publieke discussie op basis van gemeenschappelijke informatie". IEEE-transacties over informatietheorie 39, 733โ€“742 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1109 / 18.256484

[34] Barbara Kraus, Cyril Branciard en Renato Renner. "Beveiliging van kwantumsleuteldistributieprotocollen die gebruik maken van klassieke tweerichtingscommunicatie of zwakke coherente pulsen". Fysieke beoordeling A 75, 012316 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.012316

[35] Joonwoo Bae en Antonio Acรญn. "Belangrijke distillatie uit kwantumkanalen met behulp van tweerichtingscommunicatieprotocollen". Fysieke beoordeling A 75, 012334 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.012334

[36] Glรกucia Murta, Filip Rozpฤ™dek, Jรฉrรฉmy Ribeiro, David Elkouss en Stephanie Wehner. "Sleuteltarieven voor kwantumsleuteldistributieprotocollen met asymmetrische ruis". Fysieke beoordeling A 101, 062321 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.062321

[37] Ernest Y.-Z. Tan, Charles C.-W. Lim en Renato Renner. "Voordeeldestillatie voor apparaatonafhankelijke kwantumsleuteldistributie". Fysieke beoordelingsbrieven 124, 020502 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.020502

[38] Dagmar BruรŸ. โ€œOptimaal afluisteren in kwantumcryptografie met zes toestandenโ€. Fysieke recensiebrieven 81, 3018 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.81.3018

[39] Won-Young Hwang. "Kwantumsleuteldistributie met hoog verlies: op weg naar wereldwijde veilige communicatie". Fysieke beoordelingsbrieven 91, 057901 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.91.057901

[40] Xiang Bin Wang. "De aanval op het splitsen van fotonen in praktische kwantumcryptografie verslaan". Fysieke beoordelingsbrieven 94, 230503 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.94.230503

[41] Hoi-Kwong Lo, Xiongfeng Ma en Kai Chen. "Decoy state kwantumsleuteldistributie". Fysieke beoordelingsbrieven 94, 230504 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.94.230504

[42] Hong-Wei Li, Chun-Mei Zhang, Mu-Sheng Jiang en Qing-Yu Cai. "Het verbeteren van de prestaties van praktische kwantumsleuteldistributie in decoy-state met voordelige destillatietechnologie". Communicatiefysica 5, 53 (2022).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1038/โ€‹s42005-022-00831-4

[43] Daniel Gottesman en Hoi-Kwong Lo. "Bewijs van de veiligheid van de distributie van kwantumsleutels met klassieke tweerichtingscommunicatie". IEEE-transacties over informatietheorie 49, 457-475 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2002.807289

[44] Rui-Qiang Wang, Chun-Mei Zhang, Zhen-Qiang Yin, Hong-Wei Li, Shuang Wang, Wei Chen, Guang-Can Guo en Zheng-Fu Han. "Phase-matching kwantumsleuteldistributie met voordeeldistillatie". Nieuw Journal of Physics 24, 073049 (2022).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1088/โ€‹1367-2630/โ€‹ac8115

[45] Zong-Wen Yu, Xiao-Long Hu, Cong Jiang, Hai Xu en Xiang-Bin Wang. "Het verzenden of niet verzenden van kwantumsleuteldistributie met twee velden in de praktijk". Wetenschappelijke rapporten 9, 3080 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-019-39225-y

[46] Hai Xu, Zong-Wen Yu, Cong Jiang, Xiao-Long Hu en Xiang-Bin Wang. "Het verzenden of niet verzenden van kwantumsleuteldistributie met twee velden: het doorbreken van de sleutelsnelheid voor directe verzending". Fysieke beoordeling A 101, 042330 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.042330

[47] Xiao-Long Hu, Cong Jiang, Zong-Wen Yu en Xiang-Bin Wang. "Verzenden of niet verzenden van twin-field-protocol voor kwantumsleuteldistributie met asymmetrische bronparameters". Fysieke beoordeling A 100, 062337 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.062337

[48] Marco Tomamichel. โ€˜Een raamwerk voor niet-asymptotische kwantuminformatietheorieโ€™. Doctoraal proefschrift. ETH Zรผrich. Zรผrich (2012).
https: / / doi.org/ 10.3929 / ethz-a-7356080

[49] Jaikumar Radhakrishnan en Amnon Ta-Shma. "Grenzen voor verspreiders, extractors en diepte-twee-superconcentratoren". SIAM Journal over discrete wiskunde 13, 2โ€“24 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0895480197329508

[50] Wassily Hoeffding. "Waarschijnlijkheidsongelijkheid voor sommen van begrensde willekeurige variabelen". Publicatieblad van de American Statistical Association 58, 13โ€“30 (1963).
https: / / doi.org/ 10.2307 / 2282952

Geciteerd door

[1] Li-Wen Hu, Chun-Mei Zhang en Hong-Wei Li, "Praktische meetapparaat-onafhankelijke kwantumsleuteldistributie met voordeeldistillatie", Quantum-informatieverwerking 22 1, 77 (2023).

[2] Xin Liu, Di Luo, Zhenrong Zhang en Kejin Wei, "Kwantumsleuteldistributie met moduskoppeling met voordeeldistillatie", Fysieke beoordeling A 107 6, 062613 (2023).

[3] Rui-Qiang Wang, Chun-Mei Zhang, Zhen-Qiang Yin, Hong-Wei Li, Shuang Wang, Wei Chen, Guang-Can Guo en Zheng-Fu Han, "Phase-matching kwantumsleuteldistributie met voordeeldistillatie โ€, Nieuw tijdschrift voor natuurkunde 24 7, 073049 (2022).

[4] Xiao-Lei Jiang, Yang Wang, Jia-Ji Li, Yi-Fei Lu, Chen-Peng Hao, Chun Zhou en Wan-Su Bao, "Het verbeteren van de prestaties van referentieframe-onafhankelijke kwantumsleuteldistributie met voordeel distillatietechnologieโ€, Optica Express 31 6, 9196 (2023).

[5] Jian-Rong Zhu, Chun-Mei Zhang, Rong Wang en Hong-Wei Li, "Referentieframe-onafhankelijke kwantumsleutelverdeling met voordeeldistillatie", Optiek Letters 48 3, 542 (2023).

[6] Kailu Zhang, Jingyang Liu, Huajian Ding, Xingyu Zhou, Chunhui Zhang en Qin Wang, "Asymmetrische meetapparaat-onafhankelijke kwantumsleutelverdeling door voordeeldestillatie", Entropie 25 8, 1174 (2023).

Bovenstaande citaten zijn afkomstig van SAO / NASA ADS (laatst bijgewerkt met succes 2023-12-07 03:31:43). 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 2023-12-07 03:31:39).

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.

Tijdstempel:

Meer van Quantum Journaal