Покращення продуктивності двопольового квантового розподілу ключів за допомогою переваги технології дистиляції

Покращення продуктивності двопольового квантового розподілу ключів за допомогою переваги технології дистиляції

Мітка часу: 6 грудня 2023 р., 10:19
Покращення продуктивності подвійного квантового розподілу ключів за допомогою технології дистиляції PlatoBlockchain Data Intelligence. Вертикальний пошук. Ai.

Хун-Вей Лі1, Руй-Цян Ван2, Чун-Мей Чжан3і Цин-Ю Цай4

1Хенанська ключова лабораторія квантової інформації та криптографії, SSF IEU, Чженчжоу 450000, Китай
2Ключова лабораторія квантової інформації CAS, Університет науки і технологій Китаю, Хефей, Аньхой 230026, Китай
3Інститут квантової інформації та технологій, Нанкінський університет пошти та телекомунікацій, Нанкін 210003, Китай
4Школа інформаційної та комунікаційної техніки, Хайнанський університет, Хайкоу 570228, Китай

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

абстрактний

У цій роботі ми застосовуємо метод дистиляції переваг, щоб покращити продуктивність практичної двопольової квантової системи розподілу ключів під час колективної атаки. Порівняно з попередніми результатами аналізу, наданими Маедою, Сасакі та Коаші [Nature Communication 10, 3140 (2019)], максимальна відстань передачі, отримана нашим методом аналізу, буде збільшена з 420 км до 470 км. Завдяки збільшенню незалежної від втрат похибки зсуву до 12%, попередній метод аналізу не може подолати межу швидкість-відстань. Однак наш метод аналізу все ще може подолати межу швидкість-відстань, коли помилка зміщення становить 16%. Що ще більш дивно, ми доводимо, що двопольовий квантовий розподіл ключів може генерувати позитивний захищений ключ, навіть якщо помилка зміщення близька до 50%, таким чином наш метод аналізу може значно покращити продуктивність практичної двопольової системи квантового розподілу ключів.

► Дані BibTeX

► Список літератури

[1] Чарльз Х. Беннетт і Жиль Брассар. «Квантова криптографія: розподіл відкритих ключів і підкидання монет». Теоретична інформатика 560, 7–11 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.tcs.2014.05.025

[2] Хой-Квонг Ло і Хой Фунг Чау. «Безумовна безпека розподілу квантового ключа на будь-які великі відстані». Наука 283, 2050–2056 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.283.5410.2050

[3] Пітер Шор і Джон Прескілл. «Просте підтвердження безпеки протоколу розподілу квантових ключів bb84». Physical Review Letters 85, 441 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.441

[4] Ренато Реннер. «Безпека розповсюдження квантового ключа». Міжнародний журнал квантової інформації 6, 1–127 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749908003256

[5] Валеріо Скарані, Хелле Бехманн-Пасквінуччі, Ніколас Дж. Серф, Мілослав Душек, Норберт Люткенгаус і Момчил Пеєв. «Безпека практичного квантового розподілу ключів». Огляди сучасної фізики 81, 1301 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.1301

[6] Хун-Вей Лі, Шуан Ван, Цзін-Чжен Хуан, Вей Чен, Жень-Цян Інь, Фан-Ї Лі, Чжен Чжоу, Дун Лю, Ян Чжан, Гуан-Кан Го та ін. «Атака на практичну систему квантового розподілу ключів із залежним від довжини хвилі розділювачем променя та багатохвильовими джерелами». Physical Review A 84, 062308 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.84.062308

[7] Ларс Лідерсен, Карлос Віхерс, Крістоффер Віттманн, Домінік Ельзер, Йоганнес Скаар і Вадим Макаров. «Злом комерційних систем квантової криптографії за допомогою індивідуального яскравого освітлення». Nature Photonics 4, 686–689 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2010.214

[8] Хун-Вей Лі, Чжен-Мао Сюй і Цін-Ю Цай. «Мала недосконала випадковість обмежує безпеку квантового розподілу ключів». Physical Review A 98, 062325 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062325

[9] Семюель Л. Браунштейн і Стефано Пірандола. «Квантовий розподіл ключів без бічних каналів». Physical Review Letters 108, 130502 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.130502

[10] Хой-Квонг Ло, Маркос Керті та Бінг Ці. «Квантовий розподіл ключів, незалежний від вимірювального приладу». Physical Review Letters 108, 130503 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.130503

[11] Леонг-Чуан Квек, Лінь Цао, Вей Луо, Юньсян Ван, Шихай Сунь, Сянбінь Ван і Ай Цюнь Лю. «Квантовий розподіл ключів на основі чіпа». Бюлетень AAPPS 31 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s43673-021-00017-0

[12] Стефано Пірандола, Ріккардо Лауренца, Карло Оттавіані та Леонардо Банчі. «Фундаментальні обмеження безретрансляторного квантового зв’язку». Nature Communications 8, 15043 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms15043

[13] Марко Лукамаріні, Чжилян Л. Юань, Джеймс Ф. Дайнс та Ендрю Дж. Шилдс. «Подолання межі швидкості та відстані квантового розподілу ключів без квантових повторювачів». Nature 557, 400–403 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-018-0066-6

[14] Сюнфен Ма, Пей Цзен і Хонгі Чжоу. “Квантовий розподіл фазового ключа”. Physical Review X 8, 031043 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.031043

[15] Сян-Бінь Ван, Цзун-Вень Юй і Сяо-Лонг Ху. “Двопольний квантовий розподіл ключів із великою помилкою неузгодженості”. Physical Review A 98, 062323 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062323

[16] Чаохань Цуй, Чжень-Цян Інь, Жун Ван, Вей Чень, Шуан Ван, Гуан-Цан Го та Чжен-Фу Хань. “Двопольовий квантовий ключовий розподіл без фазового поствибору”. Physical Review Applied 11, 034053 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.11.034053

[17] Маркос Керті, Кодзі Азума та Хой-Квонг Ло. «Просте підтвердження безпеки протоколу розповсюдження квантового ключа двополевого типу». npj Квантова інформація 5, 64 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-019-0175-6

[18] Джі Лін і Норберт Люткенхаус. «Простий аналіз безпеки розподілу квантових ключів із фазовим узгодженням, незалежних від вимірювального пристрою». Physical Review A 98, 042332 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.042332

[19] Кенто Маеда, Тосіхіко Сасакі та Масато Коаші. «Безповторний квантовий розподіл ключів з ефективним аналізом кінцевого ключа, що долає межу швидкості та відстані». Nature Communications 10, 3140 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-019-11008-z

[20] Гільєрмо Куррас-Лоренцо, Альваро Наваррете, Кодзі Азума, Го Като, Маркос Керті та Мохсен Разаві. «Жорстка безпека кінцевого ключа для розповсюдження двопольового квантового ключа». npj Квантова інформація 7, 22 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-020-00345-3

[21] Гільєрмо Куррас-Лоренцо, Льюїс Вултортон і Мохсен Разаві. «Двопольовий квантовий розподіл ключів з повністю дискретною фазовою рандомізацією». Physical Review Applied 15, 014016 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.15.014016

[22] M Minder, M Pittaluga, GL Roberts, M Lucamarini, JF Dynes, ZL Yuan та AJ Shields. «Експериментальний квантовий розподіл ключів за межі можливостей секретного ключа без ретранслятора». Nature Photonics 13, 334–338 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41566-019-0377-7

[23] Сяоцін Чжун, Цзяньон Ху, Маркос Керті, Лі Цянь і Хой-Квонг Ло. «Доказ принципової експериментальної демонстрації квантового ключа розподілу подвійного поля». Physical Review Letters 123, 100506 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.100506

[24] Ян Лю, Цзун-Вень Юй, Вейцзюнь Чжан, Цзянь-Ю Гуань, Цзю-Пен Чень, Чі Чжан, Сяо-Лонг Ху, Хао Лі, Цун Цзян, Цзінь Лінь та ін. «Експериментальний подвійний квантовий розподіл ключів через надсилання чи не надсилання». Physical Review Letters 123, 100505 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.100505

[25] Шуан Ван, Де-Юн Хе, Чжень-Цян Інь, Фен-Ю Лу, Чао-Хань Цуй, Вей Чень, Чжен Чжоу, Гуан-Цан Го та Чжен-Фу Хань. «Подолання фундаментальної межі швидкість-відстань у системі квантового розподілу ключів із підтвердженням принципу». Physical Review X 9, 021046 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.9.021046

[26] Хуей Лю, Цун Цзян, Хао-Тао Чжу, Мі Цзоу, Цзун-Вень Юй, Сяо-Лонг Ху, Хай Сюй, Шичжао Ма, Чжиюн Хань, Цзю-Пен Чень, Юнькі Дай, Ши-Бяо Тан, Вейцзюнь Чжан, Хао Лі, Лісін Ю, Чжень Ван, Юн Хуа, Хункунь Ху, Хунбо Чжан, Фей Чжоу, Цян Чжан, Сян-Бінь Ван, Тенг-Юнь Чень і Цзянь-Вей Пан. «Польове випробування розподілу квантового ключа подвійного поля шляхом надсилання чи не надсилання на 428 км». Physical Review Letters 126, 250502 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.250502

[27] Цзю-Пен Чень, Чі Чжан, Ян Лю, Цун Цзян, Вей-Цзюнь Чжан, Чжи-Юн Хань, Ши-Чжао Ма, Сяо-Лонг Ху, Ю-Хуай Лі, Хуей Лю, Фей Чжоу, Хай-Фен Цзян, Тен-Юнь Чен, Хао Лі, Лі-Сін Ю, Чжень Ван, Сян-Бінь Ван, Цян Чжан і Цзянь-Вей Пан. «Двопольний квантовий розподіл ключів по 511-кілометровому оптичному волокну, що з’єднує дві віддалені мегаполіси». Nature Photonics 15, 570–575 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​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, Pavle V Morozov, Alexander V Дівочій, Чжен Чжоу, Гуан-Кань Го і Чжен-Фу Хань. «Двопольовий квантовий розподіл ключів по волокну довжиною 830 км». Nature Photonics 16, 154–161 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41566-021-00928-2

[29] Хуа-Лей Інь і Цзен-Бін Чень. “Квантовий розподіл ключів з подвійним полем на основі когерентного стану”. Наукові звіти 9, 14918 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-019-50429-0

[30] Маріо Мастріані та Сундараджа Сітхарама Айенгар. «Супутникові квантові повторювачі для квантового Інтернету». Квантова інженерія 2, e55 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1002/​que2.55

[31] Сяо-Мінь Ху, Цен-Сяо Хуан, Ю-Бо Шен, Лан Чжоу, Бі-Хен Лю, Юй Гуо, Чао Чжан, Вень-Бо Сін, Юнь-Фен Хуан, Чуан-Фен Лі та Гуан-Кан Го. «Очищення заплутаності на великій відстані для квантового зв’язку». Physical Review Letters 126, 010503 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.010503

[32] Гуй-Лу Лонг, Дон Пан, Ю-Бо Шен, Цикун Сюе, Цзяньхуа Лу та Лайош Ханзо. «Еволюційний шлях для квантового Інтернету, що спирається на захищені класичні повторювачі». Мережа IEEE 36, 82–88 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1109/​MNET.108.2100375

[33] Уелі М Маурер. «Секретна ключова угода шляхом публічного обговорення із загальної інформації». IEEE Transactions on Information Theory 39, 733–742 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1109 / 18.256484

[34] Барбара Краус, Сиріл Брансіар і Ренато Реннер. «Безпека протоколів квантового розподілу ключів з використанням двостороннього класичного зв’язку або слабких когерентних імпульсів». Physical Review A 75, 012316 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.012316

[35] Джунву Бе та Антоніо Асін. «Дистиляція ключів із квантових каналів за допомогою протоколів двостороннього зв’язку». Physical Review A 75, 012334 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.012334

[36] Глаусія Мурта, Філіп Розпедек, Жеремі Рібейро, Девід Елкусс і Стефані Венер. «Ключові швидкості для протоколів квантового розподілу ключів з асиметричним шумом». Physical Review A 101, 062321 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.062321

[37] Ернест Ю.-З. Тан, Чарльз С.-В. Лім і Ренато Реннер. «Перевага дистиляції для апаратно-незалежного квантового розподілу ключів». Physical Review Letters 124, 020502 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.020502

[38] Дагмар Брус. «Оптимальне прослуховування в квантовій криптографії з шістьма станами». Physical Review Letters 81, 3018 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.81.3018

[39] Вон-Янг Хван. «Квантовий розподіл ключів із високими втратами: до глобального безпечного зв’язку». Physical Review Letters 91, 057901 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.91.057901

[40] Сян-Бінь Ван. «Подолання атаки поділу кількості фотонів у практичній квантовій криптографії». Physical Review Letters 94, 230503 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.94.230503

[41] Хой-Квонг Ло, Сюнфен Ма та Кай Чен. «Квантовий розподіл ключів у стані приманки». Physical Review Letters 94, 230504 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.94.230504

[42] Хун-Вей Лі, Чун-Мей Чжан, Му-Шен Цзян і Цін-Ю Цай. «Покращення продуктивності практичного квантового розподілу ключів у стані-приманці за допомогою переваги технології дистиляції». Комунікаційна фізика 5, 53 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42005-022-00831-4

[43] Даніель Готтесман і Хой-Квонг Ло. «Доказ безпеки розподілу квантового ключа з двостороннім класичним зв’язком». IEEE Transactions on Information Theory 49, 457–475 (2003).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TIT.2002.807289

[44] Руй-Цян Ван, Чун-Мей Чжан, Жень-Цян Інь, Хун-Вей Лі, Шуан Ван, Вей Чен, Гуан-Цан Гуо та Чжен-Фу Хань. «Фазовий розподіл квантового ключа з перевагою дистиляції». Новий журнал фізики 24, 073049 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac8115

[45] Цзун-Вень Юй, Сяо-Лонг Ху, Цун Цзян, Хай Сюй і Сян-Бінь Ван. «Надсилання або ненадсилання подвійного квантового ключа на практиці». Наукові звіти 9, 3080 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-019-39225-y

[46] Хай Сюй, Цзун-Вень Юй, Цун Цзян, Сяо-Лонг Ху та Сян-Бінь Ван. «Відправлення чи невідправлення подвійного квантового ключа розподілу: порушення ключової швидкості прямої передачі». Physical Review A 101, 042330 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.042330

[47] Сяо-Лонг Ху, Цун Цзян, Цзун-Вень Юй і Сян-Бінь Ван. «Протокол подвійного поля надсилання чи ненадсилання для квантового розподілу ключів з асиметричними вихідними параметрами». Physical Review A 100, 062337 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.062337

[48] Марко Томамічел. “Основи неасимптотичної квантової теорії інформації”. Докторська дисертація. ETH Цюріха. Цюрих (2012).
https://​/​doi.org/​10.3929/​ethz-a-7356080

[49] Джайкумар Радхакрішнан і Амнон Та-Шма. «Межі для диспергаторів, екстракторів і суперконцентраторів глибини двох». Журнал SIAM з дискретної математики 13, 2–24 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0895480197329508

[50] Василь Гефдінг. “Імовірнісні нерівності для сум обмежених випадкових величин”. Журнал Американської статистичної асоціації 58, 13–30 (1963).
https: / / doi.org/ 10.2307 / 2282952

Цитується

[1] Лі-Вень Ху, Чун-Мей Чжан і Хун-Вей Лі, «Практичний розподіл квантових ключів, незалежний від приладу вимірювання, з дистиляцією переваг», Квантова обробка інформації 22 1, 77 (2023).

[2] Xin Liu, Di Luo, Zhenrong Zhang і Kejin Wei, “Mode-pairing quantum key distribution with benefit distillation”, Фізичний огляд 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 та Zheng-Fu Han, “Phase-matching quantum key distribution with benefit distillation” », New Journal of Physics 24 7, 073049 (2022).

[4] Xiao-Lei Jiang, Yang Wang, Jia-Ji Li, Yi-Fei Lu, Chen-Peng Hao, Chun Zhou і Wan-Su Bao, «Покращення продуктивності незалежного від еталонного кадру квантового розподілу ключів з перевагою технологія дистиляції», Optics Express 31 6, 9196 (2023).

[5] Jian-Rong Zhu, Chun-Mei Zhang, Rong Wang і Hong-Wei Li, «Незалежний від еталонного кадру квантовий розподіл ключів з дистиляцією переваг», Optics Letters 48 3, 542 (2023).

[6] Kailu Zhang, Jingyang Liu, Huajian Ding, Xingyu Zhou, Chunhui Zhang і Qin Wang, «Asymmetric Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution through Advantage Distillation», Ентропія 25 8, 1174 (2023).

Вищезазначені цитати від SAO / NASA ADS (останнє оновлення успішно 2023-12-07 03:31:43). Список може бути неповним, оскільки не всі видавці надають відповідні та повні дані про цитування.

On Служба, на яку посилається Crossref даних про цитування робіт не знайдено (остання спроба 2023-12-07 03:31:39).

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