Cải thiện hiệu suất phân phối khóa lượng tử trường đôi bằng công nghệ chưng cất lợi thế

Cải thiện hiệu suất phân phối khóa lượng tử trường đôi bằng công nghệ chưng cất lợi thế

Dấu thời gian: Ngày 6 tháng 2023 năm 10 19:XNUMX sáng
Improving the performance of twin-field quantum key distribution with advantage distillation technology PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Hồng Vĩ Lý1, Rui-Qiang Wang2, Trương Xuân Mai3, và Qing-Yu Cai4

1Phòng thí nghiệm thông tin lượng tử và mật mã trọng điểm Hà Nam, SSF IEU, Zhengzhou 450000, Trung Quốc
2Phòng thí nghiệm thông tin lượng tử trọng điểm CAS, Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, Hợp Phì, An Huy 230026, Trung Quốc
3Viện Công nghệ và Thông tin Lượng tử, Đại học Bưu chính Viễn thông Nam Kinh, Nam Kinh 210003, Trung Quốc
4Trường Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông, Đại học Hải Nam, Hải Khẩu 570228, Trung Quốc

Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, chúng tôi áp dụng phương pháp chưng cất lợi thế để cải thiện hiệu suất của hệ thống phân phối khóa lượng tử trường đôi thực tế trong điều kiện tấn công tập thể. So với kết quả phân tích trước đây do Maeda, Sasaki và Koashi [Nature Communications 10, 3140 (2019)] đưa ra, khoảng cách truyền tối đa thu được bằng phương pháp phân tích của chúng tôi sẽ tăng từ 420 km lên 470 km. Bằng cách tăng sai số sai lệch không phụ thuộc vào tổn thất lên 12%, phương pháp phân tích trước đó không thể vượt qua giới hạn tốc độ-khoảng cách. Tuy nhiên, phương pháp phân tích của chúng tôi vẫn có thể khắc phục được giới hạn tốc độ-khoảng cách khi sai số sai lệch là 16%. Đáng ngạc nhiên hơn, chúng tôi chứng minh rằng phân phối khóa lượng tử trường đôi có thể tạo ra khóa bảo mật tích cực ngay cả khi sai số sắp xếp gần 50%, do đó phương pháp phân tích của chúng tôi có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của hệ thống phân phối khóa lượng tử trường đôi thực tế.

► Dữ liệu BibTeX

► Tài liệu tham khảo

[1] Charles H. Bennett và Gilles Brassard. “Mật mã lượng tử: Phân phối khóa công khai và tung đồng xu”. Khoa học máy tính lý thuyết 560, 7–11 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.tcs.2014.05.025

[2] Hội-Kwong Lo và Hội Phụng Châu. “Bảo mật vô điều kiện của việc phân phối khóa lượng tử trên khoảng cách xa tùy ý”. Khoa học 283, 2050–2056 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1126 / khoa học.283.5410.2050

[3] Peter W Shor và John Preskill. “Bằng chứng đơn giản về tính bảo mật của giao thức phân phối khóa lượng tử bb84”. Thư đánh giá vật lý 85, 441 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.441

[4] Renato Renner. “Bảo mật phân phối khóa lượng tử”. Tạp chí Quốc tế về Thông tin Lượng tử 6, 1–127 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749908003256

[5] Valerio Scarani, Helle Bechmann-Pasquinucci, Nicolas J Cerf, Miloslav Dušek, Norbert Lütkenhaus và Momtchil Peev. “Tính bảo mật của việc phân phối khóa lượng tử thực tế”. Các bài phê bình Vật lý hiện đại 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, Guan-Can Guo, et al. “Tấn công một hệ thống phân phối khóa lượng tử thực tế bằng bộ tách chùm tia phụ thuộc bước sóng và các nguồn đa bước sóng”. Đánh giá vật lý A 84, 062308 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.84.062308

[7] Lars Lydersen, Carlos Wiechers, Christoffer Wittmann, Dominique Elser, Johannes Skaar và Vadim Makarov. “Đánh cắp hệ thống mật mã lượng tử thương mại bằng cách chiếu sáng phù hợp”. Nature Photonics 4, 686–689 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2010.214

[8] Hong-Wei Li, Zheng-Mao Xu, và Qing-Yu Cai. “Tính ngẫu nhiên không hoàn hảo nhỏ hạn chế tính bảo mật của việc phân phối khóa lượng tử”. Đánh giá vật lý A 98, 062325 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062325

[9] Samuel L Braunstein và Stefano Pirandola. “Phân phối khóa lượng tử không có kênh bên”. Thư đánh giá vật lý 108, 130502 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.130502

[10] Hoi-Kwong Lo, Marcos Curty và Bing Qi. “Phân phối khóa lượng tử độc lập với thiết bị đo lường”. Thư đánh giá vật lý 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 và Ai Qun Liu. “Phân phối khóa lượng tử dựa trên chip”. Bản tin AAPPS 31 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s43673-021-00017-0

[12] Stefano Pirandola, Riccardo Laurenza, Carlo Ottaviani và Leonardo Banchi. “Giới hạn cơ bản của truyền thông lượng tử không lặp lại”. Truyền thông Tự nhiên 8, 15043 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms15043

[13] Marco Lucamarini, Zhiliang L Yuan, James F Dynes và Andrew J Shields. “Vượt qua giới hạn tốc độ-khoảng cách của phân phối khóa lượng tử mà không cần bộ lặp lượng tử”. Thiên nhiên 557, 400–403 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-018-0066-6

[14] Xiongfeng Ma, Pei Zeng và Hongyi Chu. “Phân phối khóa lượng tử khớp pha”. Đánh giá vật lý X 8, 031043 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.031043

[15] Xiang-Bin Wang, Zong-Wen Yu và Xiao-Long Hu. “Phân phối khóa lượng tử trường đôi có lỗi sai lệch lớn”. Đánh giá vật lý A 98, 062323 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062323

[16] Chaohan Cui, Zhen-Qiang Yin, Rong Wang, Wei Chen, Shuang Wang, Guan-Can Guo và Zheng-Fu Han. “Phân phối khóa lượng tử trường đôi mà không cần chọn lọc pha”. Đánh giá vật lý Áp dụng ngày 11, 034053 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.11.034053

[17] Marcos Curty, Koji Azuma và Hoi-Kwong Lo. “Bằng chứng bảo mật đơn giản của giao thức phân phối khóa lượng tử loại trường đôi”. Thông tin lượng tử npj 5, 64 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-019-0175-6

[18] Jie Lin và Norbert Lütkenhaus. “Phân tích bảo mật đơn giản về phân phối khóa lượng tử độc lập với thiết bị đo khớp pha”. Đánh giá vật lý A 98, 042332 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.042332

[19] Kento Maeda, Toshihiko Sasaki và Masato Koashi. “Phân phối khóa lượng tử không lặp lại với phân tích khóa hữu hạn hiệu quả vượt qua giới hạn tốc độ-khoảng cách”. Truyền thông Tự nhiên 10, 3140 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-019-11008-z

[20] Guillermo Currás-Lorenzo, Álvaro Navarrete, Koji Azuma, Go Kato, Marcos Curty và Mohsen Razavi. “Bảo mật khóa hữu hạn chặt chẽ để phân phối khóa lượng tử trường đôi”. Thông tin lượng tử npj 7, 22 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-020-00345-3

[21] Guillermo Currás-Lorenzo, Lewis Wooltorton và Mohsen Razavi. “Phân phối khóa lượng tử trường đôi với ngẫu nhiên pha hoàn toàn rời rạc”. Đánh giá vật lý Áp dụng ngày 15, 014016 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.15.014016

[22] M Minder, M Pittaluga, GL Roberts, M Lucamarini, JF Dynes, ZL Yuan và AJ Shields. “Thử nghiệm phân phối khóa lượng tử vượt quá khả năng khóa bí mật không lặp lại”. Quang tử tự nhiên 13, 334–338 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41566-019-0377-7

[23] Xiaoqing Zhong, Jianyong Hu, Marcos Curty, Li Qian và Hoi-Kwong Lo. “Trình diễn thử nghiệm chứng minh nguyên lý về phân phối khóa lượng tử loại trường đôi”. Thư đánh giá vật lý 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. “Thử nghiệm phân phối khóa lượng tử trường đôi thông qua gửi hoặc không gửi”. Thư đánh giá vật lý 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, Guan-Can Guo và Zheng-Fu Han. “Đánh bại giới hạn tốc độ-khoảng cách cơ bản trong hệ thống phân phối khóa lượng tử chứng minh nguyên lý”. Đánh giá vật lý 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, Hải 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 và Jian-Wei Pan. “Thử nghiệm thực địa về phân phối khóa lượng tử trường đôi thông qua gửi hoặc không gửi trên 428 km”. Thư đánh giá vật lý 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 và Jian-Wei Pan. “Phân phối khóa lượng tử trường đôi trên sợi quang dài 511 km nối hai khu vực đô thị xa xôi”. Quang tử tự nhiên 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 Chu, Guan-Jie Fan-Yuan, Fang-Xiang Wang, Yong-Gang Zhu, Pavel V Morozov, Alexander V Divochiy, Zheng Zhou, Guo Guan-Can và Zheng-Fu Han. “Phân phối khóa lượng tử trường đôi trên sợi quang 830 km”. Quang tử tự nhiên 16, 154–161 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41566-021-00928-2

[29] Hoa Lôi Nhân và Tăng Bính Thần. “Phân phối khóa lượng tử trường đôi dựa trên trạng thái kết hợp”. Báo cáo khoa học số 9, 14918 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-019-50429-0

[30] Mario Mastriani và Sundaraja Sitharama Iyengar. “Bộ lặp lượng tử vệ tinh cho Internet lượng tử”. Kỹ thuật lượng tử 2, e55 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1002/​que2.55

[31] Xiao-Min Hu, Cen-Xiao Huang, Yu-Bo Sheng, Lan Chu, Bi-Heng Liu, Yu Guo, Chao Zhang, Wen-Bo Xing, Yun-Feng Huang, Chuan-Feng Li và Guan-Can Guo. “Thanh lọc vướng víu ở khoảng cách xa cho truyền thông lượng tử”. Thư đánh giá vật lý 126, 010503 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.010503

[32] Gui-Lu Long, Dong Pan, Yu-Bo Sheng, Qikun Xue, Jianhua Lu và Lajos Hanzo. “Một lộ trình tiến hóa cho Internet lượng tử dựa vào các bộ lặp cổ điển an toàn”. Mạng IEEE 36, 82–88 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1109/​MNET.108.2100375

[33] Ueli M Maurer. “Thỏa thuận khóa bí mật bằng thảo luận công khai từ thông tin chung”. Giao dịch của IEEE về Lý thuyết Thông tin 39, 733–742 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1109 / 18.256484

[34] Barbara Kraus, Cyril Branciard và Renato Renner. “Bảo mật của các giao thức phân phối khóa lượng tử sử dụng giao tiếp cổ điển hai chiều hoặc xung kết hợp yếu”. Đánh giá vật lý A 75, 012316 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.012316

[35] Joonwoo Bae và Antonio Acín. “Chưng cất khóa từ các kênh lượng tử bằng giao thức truyền thông hai chiều”. Đánh giá vật lý A 75, 012334 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.012334

[36] Gláucia Murta, Filip Rozpędek, Jérémy Ribeiro, David Elkouss và Stephanie Wehner. “Tỷ lệ chính cho các giao thức phân phối khóa lượng tử có nhiễu không đối xứng”. Đánh giá vật lý A 101, 062321 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.062321

[37] Ernest Y.-Z. Tân, Charles C.-W. Lim và Renato Renner. “Chưng cất lợi thế để phân phối khóa lượng tử độc lập với thiết bị”. Thư đánh giá vật lý 124, 020502 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.020502

[38] Dagmar Bruß. “Nghe lén tối ưu trong mật mã lượng tử với sáu trạng thái”. Thư đánh giá vật lý 81, 3018 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.81.3018

[39] Won Young Hwang. “Phân phối khóa lượng tử với độ thất thoát cao: hướng tới liên lạc an toàn toàn cầu”. Thư đánh giá vật lý 91, 057901 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.91.057901

[40] Vương Tương Bân. “Đánh bại cuộc tấn công chia tách số photon trong mật mã lượng tử thực tế”. Thư đánh giá vật lý 94, 230503 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.94.230503

[41] Hoi-Kwong Lo, Xiongfeng Ma và Kai Chen. “Phân phối khóa lượng tử trạng thái mồi nhử”. Thư đánh giá vật lý 94, 230504 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.94.230504

[42] Hong-Wei Li, Chun-Mei Zhang, Mu-Sheng Jiang và Qing-Yu Cai. “Cải thiện hiệu suất phân phối khóa lượng tử trạng thái giải mã thực tế với công nghệ chưng cất lợi thế”. Vật lý Truyền thông 5, 53 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42005-022-00831-4

[43] Daniel Gottesman và Hoi-Kwong Lo. “Bằng chứng về tính bảo mật của việc phân phối khóa lượng tử với truyền thông cổ điển hai chiều”. Giao dịch của IEEE về Lý thuyết Thông tin 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, Guan-Can Guo và Zheng-Fu Han. “Phân phối khóa lượng tử khớp pha với khả năng chưng cất lợi thế”. Tạp chí Vật lý mới 24, 073049 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1088/1367-2630 / ac8115

[45] Zong-Wen Yu, Xiao-Long Hu, Cong Jiang, Hai Xu và Xiang-Bin Wang. “Thực tế phân phối khóa lượng tử trường đôi gửi hoặc không gửi”. Báo cáo khoa học 9, 3080 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-019-39225-y

[46] Hải Hư, Tông Văn Ngọc, Tòng Giang, Tiểu Long Hổ, Vương Hương Bân. “Phân phối khóa lượng tử trường đôi gửi hoặc không gửi: Phá vỡ tốc độ khóa truyền trực tiếp”. Đánh giá vật lý A 101, 042330 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.042330

[47] Xiao-Long Hu, Cong Jiang, Zong-Wen Yu và Xiang-Bin Wang. “Giao thức trường song sinh gửi hoặc không gửi để phân phối khóa lượng tử với các tham số nguồn không đối xứng”. Đánh giá vật lý A 100, 062337 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.062337

[48] Marco Tomamichel. “Một khuôn khổ cho lý thuyết thông tin lượng tử không tiệm cận”. Luận án tiến sĩ. ETH Zurich. Zurich (2012).
https: / / doi.org/ 10.3929 / ethz-a-7356080

[49] Jaikumar Radhakrishnan và Amnon Ta-Shma. “Giới hạn cho thiết bị phân tán, thiết bị chiết và thiết bị siêu tập trung ở độ sâu hai”. Tạp chí SIAM về Toán rời rạc 13, 2–24 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0895480197329508

[50] Wassily Hoeffding. "Bất bình đẳng xác suất cho các khoản tiền của các biến ngẫu nhiên bị chặn". Tạp chí của Hiệp hội Thống kê Hoa Kỳ 58, 13–30 (1963).
https: / / doi.org/ 10.2307 / 2282952

Trích dẫn

[1] Li-Wen Hu, Chun-Mei Zhang và Hong-Wei Li, “Phân phối khóa lượng tử độc lập với thiết bị đo lường thực tế với sự chưng cất lợi thế”, Xử lý thông tin lượng tử 22 1, 77 (2023).

[2] Xin Liu, Di Luo, Zhenrong Zhang và Kejin Wei, “Phân phối khóa lượng tử ghép nối chế độ với quá trình chưng cất lợi thế”, Đánh giá vật lý A 107 6, 062613 (2023).

[3] Rui-Qiang Wang, Chun-Mei Zhang, Zhen-Qiang Yin, Hong-Wei Li, Shuang Wang, Wei Chen, Guan-Can Guo và Zheng-Fu Han, “Phân phối khóa lượng tử khớp pha với quá trình chưng cất lợi thế ”, Tạp chí Vật lý mới 24 7, 073049 (2022).

[4] Xiao-Lei Jiang, Yang Wang, Jia-Ji Li, Yi-Fei Lu, Chen-Peng Hao, Chun Zhou và Wan-Su Bao, “Có lợi thế khi cải thiện hiệu suất phân phối khóa lượng tử độc lập với khung tham chiếu công nghệ chưng cất”, Quang học nhanh 31 6, 9196 (2023).

[5] Jian-Rong Zhu, Chun-Mei Zhang, Rong Wang và Hong-Wei Li, “Phân phối khóa lượng tử độc lập với khung tham chiếu với khả năng chưng cất lợi thế”, Quang Thư 48 3, 542 (2023).

[6] Kailu Zhang, Jingyang Liu, Huajian Ding, Xingyu Zhou, Chunhui Zhang và Qin Wang, “Phân phối khóa lượng tử độc lập với thiết bị đo lường không đối xứng thông qua quá trình chưng cất lợi thế”, Entropi 25 8, 1174 (2023).

Các trích dẫn trên là từ SAO / NASA ADS (cập nhật lần cuối thành công 2023 / 12-07 03:31:43). Danh sách có thể không đầy đủ vì không phải tất cả các nhà xuất bản đều cung cấp dữ liệu trích dẫn phù hợp và đầy đủ.

On Dịch vụ trích dẫn của Crossref không có dữ liệu về các công việc trích dẫn được tìm thấy (lần thử cuối cùng 2023 / 12-07 03:31:39).

Bài viết này được xuất bản trong Lượng tử dưới Creative Commons Ghi công 4.0 Quốc tế (CC BY 4.0) giấy phép. Bản quyền vẫn thuộc về chủ sở hữu bản quyền gốc như các tác giả hoặc tổ chức của họ.

Dấu thời gian:

Thêm từ Tạp chí lượng tử