Високовимірне кодування в протоколі Round-Robin Differential-Phase-Shift Protocol

Високовимірне кодування в протоколі Round-Robin Differential-Phase-Shift Protocol

Мітка часу: 14 грудня 2023 р., 6:51
Високовимірне кодування в протоколі Round Robin Differential-Phase-Shift Protocol PlatoBlockchain Data Intelligence. Вертикальний пошук. Ai.

Мікка Стасюк1,2, Фелікс Гуфнагель3,1, Сяоцін Гао3,1, Аарон З. Голдберг1,3, Фредерік Бушар1, Ебрагім Карімі3,1і Хабат Хешамі1,3

1Національна дослідницька рада Канади, 100 Sussex Drive, Ottawa, Ontario K1A 0R6, Canada
2Інститут квантових обчислень і кафедра фізики та астрономії, Університет Ватерлоо, N2L3G1 Ватерлоо, Онтаріо, Канада
3Nexus for Quantum Technologies, Оттавський університет, Оттава, K1N 6N5, ON, Канада

Вам цей документ цікавий чи ви хочете обговорити? Скайте або залиште коментар на SciRate.

абстрактний

У квантовому розподілі ключів (QKD) протоколи адаптовані для прийняття бажаних експериментальних атрибутів, включаючи високі ключові швидкості, роботу з високим рівнем шуму та практичні міркування безпеки. Цифровий диференціальний протокол фазового зсуву (RRDPS), який належить до сімейства диференціальних протоколів фазового зсуву, був введений, щоб усунути обмеження на аналіз безпеки, такі як вимога відстежувати порушення сигналу, покращуючи його практичність у реалізаціях. Хоча протокол RRDPS вимагає кодування окремих фотонів у високовимірних квантових станах, щонайбільше лише один біт секретного ключа розподіляється на один просіяний фотон. Однак інше сімейство протоколів, а саме високовимірний (HD) QKD, розширює алфавіт кодування, дозволяючи окремим фотонам нести більше одного біта секретного ключа кожен. Високорозмірний протокол BB84 є прикладом потенційних переваг такої схеми кодування, таких як більша швидкість ключів і більш висока стійкість до перешкод. Тут ми розробляємо підхід до розширення RRDPS QKD до довільно великого алфавіту кодування та досліджуємо наслідки безпеки. Ми демонструємо нашу нову структуру за допомогою експерименту з підтвердження концепції та показуємо, що вона може адаптуватися до різних умов експерименту шляхом оптимізації параметрів протоколу. Наш підхід пропонує зрозуміти, як подолати розрив між, здавалося б, несумісними схемами квантової комунікації, використовуючи унікальні підходи до кодування інформації як HD, так і DPS QKD.

► Дані BibTeX

► Список літератури

[1] Ч. Х. Беннетт і Г. Брассард, Теоретична інформатика 560, 7-11 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.tcs.2014.05.025

[2] V. Scarani, H. Bechmann-Pasquinucci, N. Cerf, M. Dušek, N. Lütkenhaus, and M. Peev, Reviews of Modern Physics 81, 1301 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.1301

[3] Ф. Бушар, Р. Фіклер, Р. Бойд та Е. Карімі, Science Advances 3, e1601915 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.1601915

[4] F. Xu, X. Ma, Q. Zhang, H. K. Lo та J. W. Pan, Reviews of Modern Physics 92, 025002 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.92.025002

[5] AK Ekert, Physical Review Letters 67, 661 (1991).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.67.661

[6] N. J. Cerf, M. Bourennane, A. Karlsson і N. Gisin, Physical Review Letters 88, 127902 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.88.127902

[7] H. K. Lo, M. Curty та B. Qi, Physical Review Letters 108, 130503 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.130503

[8] М. Лукамаріні, З. Л. Юань, Дж. Ф. Дайнс і А. Дж. Шилдс, Nature 557, 400-403 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-018-0066-6

[9] Т. Сасакі, Ю. Ямамото та М. Коаші, Nature 509, 475-478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature13303

[10] А. Мізутані, Н. Імото та К. Тамакі, Physical Review A 92, 060303(R) (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.060303

[11] Z. Q. Yin, S. Wang, W. Chen, Y. G. Han, R. Wang, G. C. Guo та Z. F. Han, Nature Communications 9, 457 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-017-02211-x

[12] Т. Мацуура, Т. Сасакі та М. Коаші, Physical Review A 99, 042303 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.042303

[13] Ю.-Г. Шан, З.-Кю. Інь, Х. Лю, С. Ван, В. Чен, Д.-Й. Він, Г.-Ч. Го і З.-Ф. Han, Physical Review A 105, 032441 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.105.032441

[14] Х. Такесуе, Т. Сасакі, К. Тамакі та М. Коаші, Nature Photonics 9, 827-831 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2015.173

[15] S. Wang, Z. Q. Yin, W. Chen, D. Y. He, X. T. Song, H. W. Li, L. J. Zhang, Z. Zhou, G. C. Guo та Z. F. Han, Nature Photonics 9, 832-836 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2015.209

[16] J. Y. Guan, Z. Cao, Y. Liu, G. L. Shen-Tu, J. S. Pelc, M. M. Fejer, C.-Z. Peng, X. Ma, Q. Zhang і J.-W. Pan, Physical Review Letters 114, 180502 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.180502

[17] Y. H. Li, Y. Cao, H. Dai, J. Lin, Z. Zhang, W. Chen, Y. Xu, J.-Y. Гуань, С.-К. Ляо, Дж. Інь, К. Чжан, X. Ма, Ч.-З. Пен і Дж.-В. Pan, Physical Review A 93, 030302(R) (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.030302

[18] Q. P. Mao, L. Wang і S. M. Zhao, Наукові звіти 7, 15435 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-017-15777-9

[19] K. Wang, I. Vagniluca, J. Zhang, S. Forchhammer, A. Zavatta, JB Christensen і D. Bacco, Physical Review Applied 15, 044017 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.15.044017

[20] Ф. Бушар, А. Сіт, К. Хешамі, Р. Фіклер та Е. Карімі, Physical Review A 98, 010301(R) (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.010301

[21] G. M. Nikolopoulos, K. S. Ranade і G. Alber, Physical Review A 73, 032325 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.032325

[22] J. Mower, Z. Zhang, P. Desjardins, C. Lee, J. H. Shapiro та D. Englund, Physical Review A 87, 062322 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.062322

[23] Д. Бунандар, З. Чжан, Дж. Х. Шапіро та Д. Р. Енглунд, Physical Review A 91, 022336 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.022336

[24] Y. Ding, D. Bacco, K. Dalgaard, X. Cai, X. Zhou, K. Rottwitt і L. K. Oxenløwe, npj Quantum Information 3, 25 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-017-0026-2

[25] N. T. Islam, C. C. W. Lim, C. Cahall, J. Kim і D. J. Gauthier, Science Advances 3, e1701491 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.1701491

[26] Ф. Бушар, К. Хешамі, Д. Інгленд, Р. Фіклер, Р. В. Бойд, Б. Г. Енглерт, Л. Л. Санчес-Сото та Е. Карімі, Квант 2, 111 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-12-04-111

[27] S. Ecker, F. Bouchard, L. Bulla, F. Brandt, O. Kohout, F. Steinlechner, R. Fickler, M. Malik, Y. Guryanova, R. Ursin і M. Huber, Physical Review X 9, 041042 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.9.041042

[28] I. Vagniluca, B. Da Lio, D. Rusca, D. Cozzolino, Y. Ding, H. Zbinden, A. Zavatta, LK Oxenløwe, and D Bacco, Physical Review Applied 14, 014051 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.14.014051

[29] B. Da Lio, D. Cozzolino, N. Biagi, Y. Ding, K. Rottwitt, A. Zavatta, D. Bacco та L. K. Oxenløwe, npj Quantum Information 7, 63 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-021-00398-y

[30] Ф. Бушар, Д. Інгланд, П. Дж. Бастард, К. Л. Фенвік, Е. Карімі, К. Хешамі та Б. Сассман, Physical Review Applied 15, 024027 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.15.024027

[31] J. S. Sidhu, T. Brougham, D. McArthur, R. G. Pousa та D. K. L. Oi, Квантова технологія: стимулювання комерціалізації сприятливої ​​науки II 11881, 1188106 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1117 / 12.2599044

[32] M. Gündoğan, T. Jennewein, F. K. Asadi, E. Da Ros та ін., arXiv: 2111.09595 (2021).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2111.09595
arXiv: 2111.09595

[33] C. Y. Lu, Y. Cao, C. Z. Peng і J. W. Pan, Огляди сучасної фізики 94, 035001 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.94.035001

[34] J. S. Sidhu, T. Brougham, D. McArthur, R. G. Pousa та D. K. L. Oi, Квантові обчислення, комунікація та моделювання III 12446, 129–137 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1117 / 12.2651549

[35] T. Islam, JS Sidhu, BL Higgins, T. Brougham, T. Vergoossen, DKL Oi, T. Jennewein, and A. Ling, arXiv:2204.12509 (2022).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2204.12509
arXiv: 2204.12509

[36] T. Brougham, S. M. Barnett, K. T. McCusker, P. G. Kwiat і D. J. Gauthier, Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 46, 104010 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0953-4075/​46/​10/​104010

[37] A Sit, F Bouchard, R Fickler, J Gagnon-Bischoff, H. Larocque, K. Heshami, D. Elser, C. Peuntinger, K. Günthner, B. Heim, C. Marquardt, G. Leuchs, R. W. Boyd та E. Karimi, Optica 4, 1006–1010 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.4.001006

[38] Ф. Бушар, А. Сіт, Ф. Хуфнагель, А. Аббас, Ю. Чжан, К. Хешамі, Р. Фіклер, К. Марквардт, Г. Леукс, Р. В. Бойд та Е. Карімі, Optics Express 26, 22563– 22573 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OE.26.022563

[39] A. Sit, R. Fickler, F. Alsaiari, F. Bouchard, H. Larocque, P. Gregg, L. Yan, R. W. Boyd, S. Ramachandran, and E. Karimi, Optics Letters 43, 4108–4111 (2018) .
https://​/​doi.org/​10.1364/​OL.43.004108

[40] F. Hufnagel, A. Sit, F. Grenapin, F. Bouchard, K. Heshami, D. England, Y. Zhang, B. J. Sussman, R. W. Boyd, G. Leuchs and E. Karimi, Optics Express 27, 26346–26354 ( 2019).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OE.27.026346

[41] Ф. Бушар, Ф. Хуфнагель, Д. Кутні, А. Аббас, А. Сіт, К. Хешамі, Р. Фіклер та Е. Карімі, Квант 3, 138 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-05-06-138

[42] Ф. Хафнагель, А. Сіт, Ф. Бушар, Ю. Чжан, Д. Інгланд, К. Хешамі, Б. Дж. Сассман та Е. Карімі, New Journal of Physics 22, 093074 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​abb688

[43] Е. Болдук, Н. Бент, Е. Сантамато, Е. Карімі та Р. В. Бойд, Optics Letters 38, 3546–3549 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1364/​OL.38.003546

[44] Ф. Бушар, Н. Х. Валенсія, Ф. Брандт, Р. Фіклер, М. Хубер і М. Малік, Optics Express 26, 31925-31941 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OE.26.031925

[45] Ф. Бушар, Д. Інгланд, П. Дж. Бастард, К. Хешамі та Б. Сассман, PRX Quantum 3, 010332 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010332

[46] Ф. Бушар, К. Бонсма-Фішер, К. Хешамі, П. Дж. Бастард, Д. Інгланд і Б. Сассман, Physical Review A 107, 022618 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.107.022618

[47] J. S. Sidhu, S. Izumi, J. S. Neergaard-Nielsen, C. Lupo та U. L. Andersen, PRX Quantum 2, 010332 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010332

[48] S. Izumi, J. S. Neergaard-Nielsen та U. L. Andersen, PRX Quantum 2, 020305 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020305

[49] J. S. Sidhu, M. S. Bullock, S. Guha та C. Lupo, Quantum 7, 1025 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-05-31-1025

Цитується

[1] Френк Шмідт, Деніел Міллер і Пітер ван Лок, «Квантові повторювачі з виправленими помилками з GKP qudits», arXiv: 2303.16034, (2023).

Вищезазначені цитати від SAO / NASA ADS (останнє оновлення успішно 2023-12-14 11:54:09). Список може бути неповним, оскільки не всі видавці надають відповідні та повні дані про цитування.

Не вдалося отримати Перехресне посилання, наведене за даними під час останньої спроби 2023-12-14 11:54:07: Не вдалося отримати цитовані дані для 10.22331/q-2023-12-14-1207 з Crossref. Це нормально, якщо DOI був зареєстрований нещодавно.

Ця стаття опублікована в Quantum під Creative Commons Attribution 4.0 International (CC на 4.0) ліцензія. Авторське право залишається за оригінальними власниками авторських прав, такими як автори або їх установи.

Часова мітка:

Більше від Квантовий журнал