論文の概要: Finite-key security analysis of differential-phase-shift quantum key distribution

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2301.09844v2
• Date: Wed, 31 May 2023 00:45:54 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-02 03:29:44.867951
• Title: Finite-key security analysis of differential-phase-shift quantum key distribution
• Title（参考訳）: 差分位相シフト量子鍵分布の有限鍵セキュリティ解析
• Authors: Akihiro Mizutani, Yuki Takeuchi, Kiyoshi Tamaki
• Abstract要約: 微分位相シフト(DPS)量子鍵分布(QKD)は、レーザー源と受動検出ユニットを用いて簡単な設定で実装できる主要なQKDプロトコルの1つである。 このプロトコルの情報理論のセキュリティ証明が[npj Quant Inf. 5, 87]で確立され、無限に多数のパルスが放出される。 この障害は,最近発見された新規濃度不等式,加藤の不等式を利用して克服できることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Differential-phase-shift (DPS) quantum key distribution (QKD) is one of the major QKD protocols that can be implemented with a simple setup using a laser source and a passive detection unit. Recently, an information-theoretic security proof of this protocol has been established in [npj Quant. Inf. 5, 87 (2019)] assuming the infinitely large number of emitted pulses. To implement the DPS protocol in a real-life world, it is indispensable to analyze the security with the finite number of emitted pulses. The extension of the security proof to the finite-size regime requires the accommodation of the statistical fluctuations to determine the amount of privacy amplification. In doing so, Azuma's inequality is often employed, but unfortunately we show that in the case of the DPS protocol, this results in a substantially low key rate. This low key rate is due to a loose estimation of the sum of probabilities regarding three-photon emission whose probability of occurrence is very small. The main contribution of our work is to show that this obstacle can be overcome by exploiting the recently found novel concentration inequality, Kato's inequality. As a result, the key rate of the DPS protocol is drastically improved. For instance, assuming typical experimental parameters, a 3 Mbit secret key can be generated over 77 km for 8.3 hours, which shows the feasibility of DPS QKD under a realistic setup.
• Abstract（参考訳）: 微分位相シフト(DPS)量子鍵分布(QKD)は、レーザー源と受動検出ユニットを用いて簡単な設定で実装できる主要なQKDプロトコルの1つである。 近年, [npj Quant. Inf. 5, 87 (2019)] において, 無限個のパルスを仮定して, このプロトコルの情報理論的セキュリティ証明が確立されている。 dpsプロトコルを現実の世界に実装するには,有限個のパルス数でセキュリティを分析することが不可欠である。 セキュリティ証明の有限サイズ体制への拡張は、プライバシーの増幅の量を決定するために統計的変動の調節を必要とする。 このような場合、吾妻の不平等がしばしば用いられるが、残念ながら、DPSプロトコルの場合、これはキーレートがかなり低いことを示す。 この低い鍵レートは、発生確率が非常に小さい3光子放出に関する確率の合計を緩やかに見積もることによるものである。 我々の研究の主な貢献は、最近発見された新しい濃度不等式である加藤の不等式を利用して、この障害を克服できることである。 その結果、DPSプロトコルのキーレートが大幅に向上する。 例えば、典型的な実験パラメータを仮定すると、3Mbitのシークレットキーが77km以上8.3時間生成され、現実的な設定でDPS QKDの実現可能性を示す。

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