論文の概要: Quantum Chernoff divergence in advantage distillation for quantum key distribution and device-independent quantum key distribution
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.06975v3
- Date: Sun, 09 Mar 2025 19:24:27 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-11 21:58:42.338627
- Title: Quantum Chernoff divergence in advantage distillation for quantum key distribution and device-independent quantum key distribution
- Title（参考訳）: 量子鍵分布とデバイス非依存量子鍵分布の有効蒸留における量子チャーノフ分散
- Authors: Mikka Stasiuk, Norbert Lütkenhaus, Ernest Y. -Z. Tan,
- Abstract要約: デバイス非依存型量子鍵分布(DIQKD)は、量子デバイスにおける不完全性の敵対的利用を軽減することを目的としている。
量子チャーノフの発散を忠実さに置き換える別の証明構造を提案する。
本結果は、DIQKDが可能である状況に関する量子情報理論の基本的な問題に関する知見を提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Device-independent quantum key distribution (DIQKD) aims to mitigate adversarial exploitation of imperfections in quantum devices, by providing an approach for secret key distillation with modest security assumptions. Advantage distillation, a two-way communication procedure in error correction, has proven effective in raising noise tolerances in both device-dependent and device-independent QKD. Previously, device-independent security proofs against IID collective attacks were developed for an advantage distillation protocol known as the repetition-code protocol, based on security conditions involving the fidelity between some states in the protocol. However, there exists a gap between the sufficient and necessary security conditions, which hinders the calculation of tight noise-tolerance bounds based on the fidelity. We close this gap by presenting an alternative proof structure that replaces the fidelity with the quantum Chernoff divergence, a distinguishability measure that arises in symmetric hypothesis testing. Working in the IID collective attacks model, we derive matching sufficient and necessary conditions for the repetition-code protocol to be secure (up to a natural conjecture regarding the latter case) in terms of the quantum Chernoff divergence, hence indicating that this serves as the relevant quantity of interest for this protocol. Furthermore, using this security condition we obtain some improvements over previous results on the noise tolerance thresholds for DIQKD. Our results provide insight into a fundamental question in quantum information theory regarding the circumstances under which DIQKD is possible.
- Abstract（参考訳）: デバイス非依存型量子鍵分布(DIQKD)は、最小限のセキュリティ仮定を持つ秘密鍵蒸留へのアプローチを提供することで、量子デバイスにおける不完全性の敵対的利用を軽減することを目的としている。
誤差補正における双方向通信方式であるアドバンテージ蒸留は, デバイス依存QKDとデバイス非依存QKDの両方において, 耐雑音性を高めるのに有効であることが証明されている。
従来、IID集団攻撃に対するデバイス非依存のセキュリティ証明は、プロトコル内のいくつかの状態間の完全性を含むセキュリティ条件に基づいて、繰り返し符号プロトコルとして知られる有利な蒸留プロトコルのために開発された。
しかし、十分なセキュリティ条件と必要なセキュリティ条件の間にはギャップがあり、その忠実度に基づいた厳密なノイズ耐性境界の計算を妨げている。
このギャップを埋めるために、対称仮説テストで生じる微分可能性測度である量子チャーノフ発散(英語版)(quantum Chernoff divergence)に、その忠実さを置き換える別の証明構造を提案する。
IID集団攻撃モデルにおいて、量子チャーノフの発散による繰り返し符号プロトコルの安全性(後者の場合に関する自然予想まで)を十分かつ必要条件に整合させることから、このプロトコルが関連する関心の量であることを示す。
さらに、このセキュリティ条件を用いることで、DIQKDの耐雑音閾値に関する以前の結果よりもいくつかの改善が得られた。
本結果は、DIQKDが可能である状況に関する量子情報理論の基本的な問題に対する洞察を与える。
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