Багатостороння внутрішня нелокальна та апаратно-незалежна угода про ключ конференції

Багатостороння внутрішня нелокальна та апаратно-незалежна угода про ключ конференції

Мітка часу: 19 січня 2023 р., 6:41 ранку
Багатостороння внутрішня нелокальна та апаратно-незалежна угода про ключ конференції PlatoBlockchain Data Intelligence. Вертикальний пошук. Ai.

Ейбі Філіп1,5, Еніт Каур2,4, Пітер Біргорст3і Марк М. Уайльд1,6

1Інститут теоретичної фізики Хірна, Департамент фізики та астрономії та Центр обчислень і технологій, Університет штату Луїзіана, Батон-Руж, Луїзіана 70803, США
2Інститут квантових обчислень та кафедра фізики та астрономії, Університет Ватерлоо, Ватерлоо, Онтаріо N2L 3G1, Канада
3Департамент математики, Університет Нового Орлеана, Луїзіана 70148, США
4Wyant College of Optical Sciences, University of Arizona, Tucson, Arizona 85721, USA
5Школа прикладної та інженерної фізики Корнельського університету, Ітака, Нью-Йорк 14850, США
6Школа електротехніки та комп’ютерної інженерії Корнельського університету, Ітака, Нью-Йорк 14850, США

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

абстрактний

У цій роботі ми представляємо багатосторонню внутрішню нелокальність як метод кількісної оцінки ресурсів у багатосторонньому сценарії узгодження ключів конференції, незалежного від пристрою (DI). Ми доводимо, що багаточастинна внутрішня нелокальність є адитивною, опуклою та монотонною щодо класу вільних операцій, які називаються локальними операціями та звичайною випадковістю. В якості одного з наших технічних внесків ми встановлюємо правило ланцюга для двох варіантів багатосторонньої взаємної інформації, яку потім використовуємо, щоб довести, що багатостороння внутрішня нелокальність є адитивною. Це правило ланцюга може представляти окремий інтерес в інших контекстах. Усі ці властивості багатосторонньої внутрішньої нелокальності корисні для встановлення головного результату нашої роботи: багатостороння внутрішня нелокальність є верхньою межею секретної ставки ключа в загальному багатосторонньому сценарії узгодження ключів DI конференції. Ми обговорюємо різні приклади протоколів ключів конференції DI та порівнюємо наші верхні межі для цих протоколів із відомими нижніми межами. Нарешті, ми розраховуємо верхні межі останніх експериментальних реалізацій розподілу квантового ключа DI.

► Дані BibTeX

► Список літератури

[1] Чарльз Х. Беннетт і Жиль Брассар. «Квантова криптографія: розподіл відкритих ключів і підкидання монет». У матеріалах Міжнародної конференції IEEE з комп’ютерних систем і обробки сигналів, Бангалор, Індія. Сторінки 175–179. (1984). arXiv:2003.06557.
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.tcs.2014.05.025
arXiv: 2003.06557

[2] Артур К. Екерт. “Квантова криптографія на основі теореми Белла”. Physical Review Letters 67, 661–663 (1991).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.67.661

[3] Домінік Майерс. «Безумовна безпека в квантовій криптографії». Журнал ACM 48, 351–406 (2001). arXiv:quant-ph/​9802025.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 382780.382781
arXiv: quant-ph / 9802025

[4] Марко Томамічел і Ренато Реннер. “Співвідношення невизначеності для гладких ентропій”. Physical Review Letters 106, 110506 (2011). arXiv:1009.2015.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.110506
arXiv: 1009.2015

[5] Сиріл Брансіард, Ерік Г. Кавальканті, Стівен П. Уолборн, Валеріо Скарані та Говард М. Уайзман. «Односторонній апаратно-незалежний квантовий розподіл ключів: безпека, здійсненність і зв’язок із керуванням». Physical Review A 85, 010301 (2012). arXiv:1109.1435.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.010301
arXiv: 1109.1435

[6] Домінік Майерс і Ендрю. Яо. «Квантова криптографія з недосконалим апаратом». У матеріалах 39-го щорічного симпозіуму з основ інформатики (кат. № 98CB36280). Сторінки 503–509. (1998). arXiv:quant-ph/​9809039.
https://​/​doi.org/​10.1109/​SFCS.1998.743501
arXiv: quant-ph / 9809039

[7] Антоніо Асін, Ніколас Бруннер, Ніколас Гісін, Серж Массар, Стефано Піроніо та Валеріо Скарані. «Апаратно-незалежний захист квантової криптографії від колективних атак». Physical Review Letters 98, 230501 (2007). arXiv:quant-ph/​0702152.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.230501
arXiv: quant-ph / 0702152

[8] Ротем Арнон-Фрідман, Фредерік Дюпюї, Омар Фаузі, Ренато Реннер і Томас Відік. «Практична апаратно-незалежна квантова криптографія через накопичення ентропії». Nature Communications 9, 1–11 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-017-02307-4

[9] Умеш Вазірані та Томас Відік. «Повністю апаратно-незалежний квантовий розподіл ключів». Physical Review Letters 113, 140501 (2014). arXiv:1210.1810.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.140501
arXiv: 1210.1810

[10] Масахіро Такеока, Саікат Гуха та Марк М. Уайлд. «Фундаментальний компроміс швидкості та втрати для оптичного квантового розподілу ключів». Nature Communications 5, 1–7 (2014). arXiv:1504.06390.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms6235
arXiv: 1504.06390

[11] Еніт Каур, Марк М. Уайлд та Андреас Вінтер. «Фундаментальні обмеження ключових ставок у апаратно-незалежному квантовому розподілі ключів». Новий журнал фізики 22, 023039 (2020). arXiv:1810.05627.
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab6eaa
arXiv: 1810.05627

[12] Марек Вінчевський, Тамоґна Дас та Кароль Городецький. «Обмеження незалежного від пристрою ключа, захищеного від зловмисника, який не сигналізує, через стиснуту нелокальність» (2019). arXiv:1903.12154.
arXiv: 1903.12154

[13] Уелі М. Маурер і Стефан Вольф. «Безумовно безпечна угода про ключ і внутрішня умовна інформація». IEEE Transactions on Information Theory 45, 499–514 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1109 / 18.748999

[14] Маттіас Крістандль і Андреас Вінтер. «Здавлена ​​заплутаність»: додаткова міра заплутаності». Журнал математичної фізики 45, 829–840 (2004). arXiv:quant-ph/​0308088.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1643788
arXiv: quant-ph / 0308088

[15] Еніт Каур, Сяотін Ван і Марк М. Уайлд. «Умовна взаємна інформація та квантове управління». Physical Review A 96, 022332 (2017). arXiv:1612.03875.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.96.022332
arXiv: 1612.03875

[16] Жеремі Рібейро, Глаусія Мурта та Стефані Венер. «Повністю апаратно-незалежна угода про ключ конференції». Physical Review A 97, 022307 (2018). arXiv:1708.00798.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.022307
arXiv: 1708.00798

[17] Глауція Мурта, Федеріко Грасселлі, Герман Камперман і Дагмар Брусс. «Ключова угода квантової конференції: огляд». Advanced Quantum Technologies 3, 2000025 (2020). arXiv:2003.10186.
https://​/​doi.org/​10.1002/​qute.202000025
arXiv: 2003.10186

[18] Міхаель Еппінг, Герман Камперман і Дагмар Брусс. “Великомасштабні квантові мережі на основі графів”. New Journal of Physics 18, 053036 (2016). arXiv:1504.06599.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​5/​053036
arXiv: 1504.06599

[19] Сатосі Ватанабе. “Інформаційно-теоретичний аналіз багатовимірної кореляції”. IBM Journal of Research and Development 4, 66–82 (1960).
https://​/​doi.org/​10.1147/​rd.41.0066

[20] Донг Янг, Кароль Городецький, Міхал Городецький, Павел Городецький, Джонатан Оппенгейм і Вей Сонг. «Здавлене заплутування для багатоскладових станів і заходи заплутаності на основі змішаного опуклого даху». IEEE Transactions on Information Theory 55, 3375–3387 (2009). arXiv:0704.2236.
https://​/​doi.org/​10.1109/​TIT.2009.2021373
arXiv: 0704.2236

[21] Девід Ейвіс, Патрік Хайден та Іван Савов. «Розподілене стиснення та багатостороннє здавлене заплутування». Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 41, 115301 (2008). arXiv:0707.2792.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​41/​11/​115301
arXiv: 0707.2792

[22] Каушік П. Сешадрісан, Масахіро Такеока та Марк М. Уайлд. «Межі дистиляції заплутаності та узгодження секретного ключа для квантових каналів трансляції». IEEE Transactions on Information Theory 62, 2849–2866 (2016). arXiv:1503.08139.
https://​/​doi.org/​10.1109/​TIT.2016.2544803
arXiv: 1503.08139

[23] Ротем Арнон-Фрідман і Фелікс Ледіцький. «Верхні межі незалежних від пристроїв квантових показників розподілу ключів і переглянута гіпотеза Переса». IEEE Transactions on Information Theory 67, 6606–6618 (2021). arXiv:2005.12325.
https://​/​doi.org/​10.1109/​TIT.2021.3086505
arXiv: 2005.12325

[24] Вей Чжан, Тім ван Лент, Кай Редекер, Роберт Гартхофф, Рене Швоннек, Флоріан Фертіг, Себастьян Еппельт, Веньямін Розенфельд, Валеріо Скарані, Чарльз С.-В. Лім і Харальд Вайнфуртер. «Апаратно-незалежна квантова система розподілу ключів для віддалених користувачів». Nature 607, 687–691 (2022). кільк.-ph: 2110.00575.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-022-04891-y
arXiv: 2110.00575

[25] Рене Швоннек, Кун Тонг Го, Ігнаціус В. Прімаатмайя, Ернест Й. З. Тан, Рамона Вольф, Валеріо Скарані та Чарльз К. В. Лім. «Апаратно-незалежний квантовий розподіл ключів на базі випадкового ключа». Nature Communications 12, 1–8 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-021-23147-3

[26] Вень-Чжао Лю, Ю-Чже Чжан, І-Чжен Жень, Мін-Хань Лі, Ян Лю, Джінгюнь Фан, Фейху Сю, Цян Чжан і Цзянь-Вей Пан. «До фотонної демонстрації апаратно-незалежного квантового розподілу ключів». Physical Review Letters 129, 050502 (2022). arXiv:2110.01480.
https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.129.050502
arXiv: 2110.01480

[27] Девід Бекман, Деніел Готтесман, Майкл Нільсен і Джон Прескілл. «Каузальні та локалізовані квантові операції». Physical Review A 64, 052309 (2001). arXiv:quant-ph/​0102043.
https://​/​doi.org/​10.1103/​physreva.64.052309
arXiv: quant-ph / 0102043

[28] Ніколас Бруннер, Даніель Кавальканті, Стефано Піроніо, Валеріо Скарані та Стефані Венер. “Нелокальність Белла”. Огляди сучасної фізики 86, 419 (2014). arXiv:1303.2849.
https: / / doi.org/ 10.1103 / revmodphys.86.419
arXiv: 1303.2849

[29] Ке Лі та Андреас Вінтер. “Здавлена ​​заплутаність, $mathbf{k}$-розширюваність, квантові ланцюги Маркова та карти відновлення”. Основи фізики 48, 910–924 (2018). arXiv:1410.4184.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10701-018-0143-6
arXiv: 1410.4184

[30] Широков Максим Євгенович. “Рівномірні межі неперервності для характеристик багаточастинних квантових систем”. Журнал математичної фізики 62, 092206 (2021). arXiv:2007.00417.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0055155
arXiv: 2007.00417

[31] Те Сунь Хань. “Структура лінійної залежності ентропійного простору”. Інформація та контроль 29, 337–368 (1975).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​s0019-9958(75)80004-0

[32] Те Сунь Хань. “Невід’ємні ентропійні міри багатофакторних симетричних кореляцій”. Інформація та контроль 36, 133–156 (1978).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​s0019-9958(78)90275-9

[33] Донг Янг, Міхал Городецький та З. Д. Ван. «Адитивна та операційна міра заплутування: умовне переплутання взаємної інформації». Physical Review Letters 101, 140501 (2008). arXiv:0804.3683.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.101.140501
arXiv: 0804.3683

[34] Стефано Піроніо, Антоніо Асін, Ніколас Бруннер, Ніколас Гісін, Серж Массар і Валеріо Скарані. «Апаратно-незалежний квантовий розподіл ключів, захищений від колективних атак». Новий журнал фізики 11, 045021 (2009). arXiv:0903.4460.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​11/​4/​045021
arXiv: 0903.4460

[35] Тімо Хольц, Герман Камперман і Дагмар Брусс. «Справжня багатостороння нерівність Белла для узгодження ключа конференції, незалежного від пристрою». Physical Review Research 2, 023251 (2020). arXiv:1910.11360.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.023251
arXiv: 1910.11360

[36] Лян Хуан, Сюе-Мей Гу, Ян-Фан Цзян, Діан Ву, Бін Бай, Мін-Чен Чен, Ці-Чао Сун, Цзюнь Чжан, Сіксія Ю, Цян Чжан та ін. «Експериментальна демонстрація справжньої тристоронньої нелокальності в суворих умовах локальності». Physical Review Letters 129, 060401 (2022). arXiv:2203.00889.
https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.129.060401
arXiv: 2203.00889

[37] Д. П. Надлінгер, П. Дрмота, Б. І. Нікол, Г. Аранеда, Д. Мейн, Р. Срінівас, Д. М. Лукас, К. Дж. Балланс, К. Іванов, EY-Z. Тан, П. Секацкі, Р. Л. Урбанке, Р. Реннер, Н. Сангуар і Ж.-Д. Банківський. “Експериментальний квантовий розподіл ключів, підтверджений теоремою Белла”. Nature 607, 682–686 (2022). arXiv:2109.14600.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04941-5
arXiv: 2109.14600

[38] Джуніор Р. Гонсалес-Урета, Ана Предоєвич і Адан Кабелло. «Апаратно-незалежний квантовий розподіл ключів на основі нерівностей Белла з більш ніж двома входами та двома виходами». Physical Review A 103, 052436 (2021). arXiv:2104.00413.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.052436
arXiv: 2104.00413

[39] Жан-Даніель Банкаль, Джонатан Барретт, Ніколас Гізен і Стефано Піроніо. “Визначення багатосторонньої нелокальності”. Physical Review A 88, 014102 (2013). arXiv:1112.2626.
https://​/​doi.org/​10.1103/​physreva.88.014102
arXiv: 1112.2626

[40] Еніт Каур, Кароль Городецький і Сіддхартха Дас. «Верхні межі незалежних від пристроїв квантових показників розподілу ключів у статичних і динамічних сценаріях». Physical Review Applied 18, 054033 (2021). кільк.-ph: 2107.06411.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevapplied.18.054033
arXiv: 2107.06411

[41] Тоні Метгер, Іфке Дулек, Андреа Коладангело та Ротем Арнон-Фрідман. «Незалежний від пристрою квантовий розподіл ключів на основі обчислювальних припущень». New Journal of Physics 23, 123021 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac304b

[42] Тоні Метгер і Томас Відік. «Самотестування окремого квантового пристрою за обчислювальних припущень». Квант 5, 544 (2021). arXiv:2001.09161.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-09-16-544
arXiv: 2001.09161

[43] Ейбі Філіп, Еніт Каур, Пітер Бірхорст і Марк М. Уайлд. «Угода про внутрішню нелокальність і незалежність від пристрою ключа конференції» (2021) arXiv:2111.02596v1.
arXiv: 2111.02596v1

[44] Кароль Городецький, Марек Вінчевський і Сіддхартха Дас. «Фундаментальні обмеження щодо апаратно-незалежної угоди про ключ квантової конференції» (2021) arXiv:2111.02467v1.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.105.022604
arXiv: 2111.02467v1

[45] Кароль Городецький, Марек Вінчевський і Сіддхартха Дас. «Фундаментальні обмеження щодо апаратно-незалежної угоди про ключ квантової конференції». Physical Review A 105, 022604 (2022). arXiv:2111.02467.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.105.022604
arXiv: 2111.02467

[46] Ітамар Пітовський. “Діапазон квантової ймовірності”. Журнал математичної фізики 27, 1556–1565 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.527066

[47] Мануель Форстер, Северін Вінклер і Стефан Вольф. «Дистильна нелокальність». Physical Review Letters 102, 120401 (2009). arXiv:0809.3173.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.120401
arXiv: 0809.3173

[48] Мануель Форстер і Стефан Вольф. “Дводольні одиниці нелокальності”. Physical Review A 84, 042112 (2011). arXiv:0808.0651.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.84.042112
arXiv: 0808.0651

[49] Родріго Гальєго та Леандро Аоліта. «Нелокальні проводки та розрізнення між коробками Bell». Physical Review A 95, 032118 (2017). arXiv:1611.06932.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.032118
arXiv: 1611.06932

Цитується

[1] Кароль Городецький, Марек Вінчевський та Сіддхарта Дас, «Фундаментальні обмеження на незалежну від пристроїв угоду про ключ квантової конференції», Фізичний огляд A 105 2, 022604 (2022).

Вищезазначені цитати від SAO / NASA ADS (останнє оновлення успішно 2023-01-21 00:01:07). 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 2023-01-21 00:01:04).

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