論文の概要: Quantum Complementarity Approach to Device-Independent Security

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.13855v2
• Date: Tue, 11 Oct 2022 08:15:42 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-06 17:41:02.543089
• Title: Quantum Complementarity Approach to Device-Independent Security
• Title（参考訳）: デバイス非依存セキュリティへの量子相補性アプローチ
• Authors: Xingjian Zhang, Pei Zeng, Tian Ye, Hoi-Kwong Lo, Xiongfeng Ma
• Abstract要約: デバイスに依存しない量子暗号タスクの相補性セキュリティの起源を示す。 有限サイズ解析のための古典シャノン理論におけるサンプルエントロピーを一般化する。 最近のイオントラップベースのデバイス非依存の量子キー分散実験のデータにそれを適用すれば、データサイズの要件を3分の1以下に削減できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.782396962787398
• License: http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
• Abstract: Complementarity is an essential feature of quantum mechanics. The preparation of an eigenstate of one observable implies complete randomness in its complementary observable. In quantum cryptography, complementarity allows us to formulate security analyses in terms of phase-error correction. However, in the device-independent regime that offers security without device characterization, the concept becomes much subtler. Security proofs of device-independent quantum cryptography tasks are often complex and quite different from those of their more standard device-dependent cousins. The existing proofs pose huge challenges to experiments, among which large data-size requirement is a crux. Here, we show the complementarity security origin of the device-independent tasks. By linking complementarity with quantum nonlocality, we recast the device-independent scheme into a quantum error correction protocol. Going beyond the identical-and-independent-distribution case, we consider the most general attack. We generalize the sample entropy in classical Shannon theory for the finite-size analysis. Our method exhibits good finite-size performance and brings the device-independent scheme to a more practical regime. Applying it to the data in a recent ion-trap-based device-independent quantum key distribution experiment, one could reduce the requirement on data size to less than a third. Furthermore, the complementarity approach can be naturally extended to advantage key distillation to ease experiments by tolerating higher loss and lower transmittance.
• Abstract（参考訳）: 相補性は量子力学の重要な特徴である。 1つの可観測性の固有状態の合成は、その補的な可観測性において完全なランダム性を意味する。 量子暗号において、相補性は位相誤差補正の観点からセキュリティ解析を定式化することができる。 しかし、デバイスに依存しないセキュリティを提供するシステムでは、この概念はより微妙になる。 デバイス非依存の量子暗号タスクのセキュリティ証明は、しばしば複雑で、より標準的なデバイス依存のいとことは異なる。 既存の証明は、大きなデータサイズの要件がcruxである実験に大きな課題をもたらします。 ここでは,デバイス非依存タスクの相補性セキュリティの原点を示す。 相補性と量子非局所性を結びつけることにより、デバイス非依存のスキームを量子誤差補正プロトコルに再キャストする。 同一および非独立分布の場合を超えて、最も一般的な攻撃を考える。 有限サイズ解析のための古典シャノン理論におけるサンプルエントロピーを一般化する。 本手法は, 有限サイズ性能が良好であり, デバイス非依存のスキームをより実用的なものにする。 最近のイオントラップベースのデバイス非依存量子鍵分散実験でデータに適用すると、データサイズに対する要求を3分の1未満に減らすことができる。 さらに、相補性アプローチは、より高い損失と低い透過率を許容することで実験を楽にするために、キー蒸留を利用するように自然に拡張することができる。

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