論文の概要: Modified BB84 quantum key distribution protocol robust to source imperfections

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.11754v1
• Date: Fri, 21 Oct 2022 06:23:01 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-18 19:45:01.266911
• Title: Modified BB84 quantum key distribution protocol robust to source imperfections
• Title（参考訳）: ソース不完全性に頑健な改良BB84量子鍵分布プロトコル
• Authors: Margarida Pereira, Guillermo Curr\'as-Lorenzo, \'Alvaro Navarrete, Akihiro Mizutani, Go Kato, Marcos Curty, Kiyoshi Tamaki
• Abstract要約: Bennett-Brassard 1984 (BB84) プロトコルは最も広く実装されている量子鍵分配方式である。 BB84プロトコルの安全性を複数のソース不完全性の存在下で証明する。 理想的な条件下では冗長な第4状態の追加は、漏洩した情報の推定を大幅に改善することを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.53934570513443
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The Bennett-Brassard 1984 (BB84) protocol is the most widely implemented quantum key distribution (QKD) scheme. However, despite enormous theoretical and experimental efforts in the past decades, the security of this protocol with imperfect sources has not yet been rigorously established. In this work, we address this shortcoming and prove the security of the BB84 protocol in the presence of multiple source imperfections, including state preparation flaws and side channels, such as Trojan-horse attacks, mode dependencies and classical correlations between the emitted pulses. To do so, we consider a modified BB84 protocol that exploits the basis mismatched events, which are often discarded in standard security analyses of this scheme; and employ the reference technique, a powerful mathematical tool to accommodate source imperfections in the security analysis of QKD. Moreover, we compare the achievable secret-key rate of the modified BB84 protocol with that of the three-state loss-tolerant protocol, and show that the addition of a fourth state, while redundant in ideal conditions, significantly improves the estimation of the leaked information in the presence of source imperfections, resulting in a better performance. This work demonstrates the relevance of the BB84 protocol in guaranteeing implementation security, taking us a step further towards closing the existing gap between theory and practice of QKD.
• Abstract（参考訳）: Bennett-Brassard 1984 (BB84) プロトコルは最も広く実装されている量子鍵分布(QKD)方式である。 しかし、過去数十年の膨大な理論的、実験的努力にもかかわらず、このプロトコルの不完全なソースによるセキュリティはまだ厳格に確立されていない。 本稿では, トロイの木馬攻撃やモード依存性, 放射パルス間の古典的相関など, 状態準備欠陥やサイドチャネルなど, 複数ソースの不完全性が存在する場合のbb84プロトコルのこの欠点と安全性について述べる。 そこで本稿では,この方式の標準的なセキュリティ解析においてしばしば破棄されるミスマッチイベントをベースとしたBB84プロトコルを改良し,QKDのセキュリティ解析におけるソース不完全性に対応するための強力な数学的ツールである参照手法を用いる。 さらに,修正BB84プロトコルの達成可能なシークレットキーレートと3状態ロストレラントプロトコルのシークレットキーレートを比較し,理想的な条件下では冗長な第4状態の追加は,ソース不完全性の有無による漏洩情報の推定を大幅に改善し,性能が向上することを示す。 本研究は,実装セキュリティの保証におけるbb84プロトコルの妥当性を実証し,qkdの理論と実践のギャップを埋めるための一歩を踏み出した。

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