QKD-parameteruppskattning genom två-universell hashing

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

QKD-parameteruppskattning med två universella hashing PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikal sökning. Ai.

Institutet för kommunikation och navigering, German Aerospace Center, Oberpfaffenhofen, 82234 Weßling, Tyskland

Hitta det här uppsatsen intressant eller vill diskutera? Scite eller lämna en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Detta dokument föreslår och bevisar säkerheten för ett QKD-protokoll som använder två-universal hashing istället för slumpmässig sampling för att uppskatta antalet bitflip- och phase flip-fel. Detta protokoll överträffar dramatiskt tidigare QKD-protokoll för små blockstorlekar. Mer generellt, för det två-universella hashing-QKD-protokollet, minskar skillnaden mellan asymptotisk och finit nyckelhastighet med antalet $n$ qubits som $cn^{-1}$, där $c$ beror på säkerhetsparametern. Som jämförelse minskar inte samma skillnad snabbare än $c'n^{-1/3}$ för ett optimerat protokoll som använder slumpmässig sampling och har samma asymptotiska hastighet, där $c'$ beror på säkerhetsparametern och felet Betygsätta.

Populär sammanfattning

Ett protokoll för kvantnyckeldistribution (QKD) tillåter två användare att upprätta en hemlig nyckel genom att kommunicera över en autentiserad klassisk kanal och en helt osäker kvantkanal. Viktiga parametrar för ett QKD-protokoll är antalet kvantbitar som skickas över kvantkanalen, motståndet mot brus på kvantkanalen, storleken på den hemliga utmatningsnyckeln och säkerhetsnivån.

Befintliga QKD-protokoll och säkerhetsbevis uppvisar avvägningar mellan parametrarna: för ett givet antal qubits gör förbättrad brusresistans eller säkerhet utdatastorleken mindre. Dessa avvägningar är särskilt allvarliga när antalet qubits är litet, dvs runt 1000-10000. Ett så litet antal qubits uppstår i praktiken när kvantkanalen är särskilt svår att implementera, till exempel när en satellit sänder intrasslade fotonpar till två markstationer.

Det föreliggande arbetet frågar: finns det QKD-protokoll och säkerhetsbevis som uppvisar bättre parameteravvägningar, speciellt i fallet när antalet qubits är litet? Den presenterar ett sådant QKD-protokoll och säkerhetsbevis. Det här protokollet använder två-universell hash istället för slumpmässig sampling för att uppskatta antalet bitflip- och phase flip-fel, vilket leder till en dramatisk förbättring av parameteravvägningar för ett litet antal qubits, men gör också protokollet svårare att implementera.

► BibTeX-data

@article{Ostrev2023qkdparameter, doi = {10.22331/q-2023-01-13-894}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-01-13-894}, title = {{QKD } parameteruppskattning med två universella hashing}, författare = {Ostrev, Dimiter}, journal = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, utgivare = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volym = {7}, sidor = {894}, månad = jan, år = {2023} }

► Referenser

[1] Charles H. Bennett, David P. DiVincenzo, John A. Smolin och William K. Wootters. Mixed-state intrassling och kvantfelskorrigering. Phys. 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 och Serge Fehr. Provtagning i en kvantpopulation och tillämpningar. I Annual Cryptology Conference, sidorna 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 och Louis Salvail. Hemlig nyckelförsoning genom offentlig diskussion. I Workshop om teorin och tillämpningen av kryptografiska tekniker, sidorna 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 och NJA Sloane. Kvantfelskorrigering och ortogonal geometri. Phys. 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 och Peter W. Shor. Det finns bra kvantfelskorrigerande koder. Phys. Rev. A, 54:1098–1105, augusti 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 och Mark N. Wegman. Universella klasser av hashfunktioner. 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 / artikel / pii / 0022000079900448

[7] Peter Elias. Kodning för två bullriga kanaler. I Colin Cherry, redaktör, Information Theory, 3rd London Symposium, London, England, sept. 1955. Butterworth's scientific publications, 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 och HF Chau. Praktiska frågor inom kvantnyckel-distribution efterbearbetning. 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. Lågdensitetsparitetskontrollkoder. The MIT Press, 09 1963. doi:10.7551/mitpress/4347.001.0001.
https: / / doi.org/ 10.7551 / mitpress / 4347.001.0001

[10] Daniel Gottesman. Klass av kvantfelkorrigerande koder som mättar kvanthammingsgränsen. Phys. 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. Enkelt säkerhetsbevis för distribution av kvantnyckel baserat på komplementaritet. 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 och Artur Ekert. Säkerhetsanalys av kvantnyckeldistribution med liten blocklängd och dess tillämpning på kvantrymdkommunikation. Physical Review Letters, 126(10), mars 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 och HF Chau. Ovillkorlig säkerhet för kvantnyckeldistribution över godtyckligt långa avstånd. Science, 283(5410):2050–2056, mars 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 och Isaac L. Chuang. Kvantberäkning och kvantinformation. Cambridge University Press, juni 2012.
https: / / doi.org/ 10.1017 / cbo9780511976667

[15] Dimiter Ostrev. Komponerbar, ovillkorligt säker meddelandeautentisering utan någon hemlig nyckel. 2019 IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT), sidorna 622–626, 2019. doi:10.1109/ISIT.2019.8849510.
https: / â € </ â € <doi.org/â€ <10.1109 / â € <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 och P. Wallden. Framsteg inom kvantkryptografi. Adv. Välja. Photon., 12(4):1012–1236, dec 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 Portmann. Nyckelåtervinning vid autentisering. 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 och Renato Renner. Kryptografisk säkerhet för kvantnyckeldistribution, 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. Säkerhet för distribution av kvantnyckel. Doktorsavhandling, 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: kvant-ph / 0512258

[20] Peter W. Shor och John Preskill. Enkelt bevis på säkerheten för bb84 kvantnyckeldistributionsprotokoll. Phys. 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] Andrew Steane. Multipelpartikelinterferens och kvantfelskorrigering. Proceedings of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 452(1954):2551–2577, 1996. URL: https:///royalsocietypublishing.org/doi/abs/10.1098/rspa.1996.0136, doi: /rspa.10.1098.
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.1996.0136

[22] W. Forrest Stinespring. Positiva funktioner på c*-algebror. 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/ stabil / 2032342

[23] Marco Tomamichel och Anthony Leverrier. Ett i stort sett fristående och komplett säkerhetsbevis för kvantnyckeldistribution. 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 och Renato Renner. Tight finite-key analys för kvantkryptografi. Nature communications, 3(1):1–6, 2012. doi:10.1038/ncomms1631.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms1631

[25] Mark N. Wegman och J.Lawrence Carter. Nya hashfunktioner och deras användning i autentisering och uppsättningslikhet. 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 / artikel / 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. Entanglement-baserad säker kvantkryptografi över 1,120 582 kilometer. Nature, 7813(501):505–2020, 10.1038. doi:41586/s020-2401-XNUMX-y.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-020-2401-y

Citerad av

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

[2] Dimiter Ostrev, Davide Orsucci, Francisco Lázaro och Balazs Matuz, "Klassiska produktkodkonstruktioner för kvantum Calderbank-Shor-Steane-koder", arXiv: 2209.13474.

Ovanstående citat är från SAO / NASA ADS (senast uppdaterad framgångsrikt 2023-01-14 11:00:11). Listan kan vara ofullständig eftersom inte alla utgivare tillhandahåller lämpliga och fullständiga citatdata.

On Crossrefs citerade service Inga uppgifter om citerande verk hittades (sista försök 2023-01-14 11:00:09).

Detta papper publiceras i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Upphovsrätten kvarstår med de ursprungliga upphovsrättsinnehavarna som författarna eller deras institutioner.

SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
Källa: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-01-13-894/

Tidsstämpel: Januari 13, 2023

Tidsstämpel: Februari 9, 2023

QKD-parameteruppskattning genom två-universal hashing

Återutgiven av Platon

Abstrakt

Populär sammanfattning

► BibTeX-data

► Referenser

Citerad av

Mer från Quantum Journal

Kontinuerliga kvantvandringar för MAX-CUT är heta

Mätning av överlappande gruppering: Ett enhetligt ramverk för att mäta kvanttillstånd

Algoritmer för generaliserade trosutbredning för avkodning av ytkoder

Kvantmanipulation av ett mekaniskt tvånivåsystem

Förbättra prestandan för dubbelfälts kvantnyckeldistribution med fördel destillationsteknik

En relativistisk diskret rumtidsformulering av 3+1 QED

Upptäck optimala fermion-qubit-mappningar genom algoritmisk uppräkning

Här kommer SU(N): multivariata kvantportar och gradienter

Koherent återkoppling i optomekaniska system i sidbands-olösta regimen

En cellulär automatavkodare för en skräddarsydd färgkod

Dynamisk delokaliseringsövergång för många kroppar av en Tonks-gas i en kvasi-periodisk drivpotential

Om Oss

Vertikal sökning och Ai

plattform

Håll kontakten

Konto