論文の概要: An Analysis of the Completion Time of the BB84 Protocol
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.10218v1
- Date: Thu, 20 Apr 2023 11:30:44 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-21 13:40:43.557055
- Title: An Analysis of the Completion Time of the BB84 Protocol
- Title（参考訳）: BB84プロトコルの完了時刻の解析
- Authors: Sounak Kar, Jean-Yves Le Boudec
- Abstract要約: BB84 QKDプロトコルは、送信側と受信側が伝送されたキュービットの一定割合を調停できるという考えに基づいている。
量子状態のデコヒーレンスは、完全または効率的なテレポーテーションを行う上で重要な課題となる。
我々は、送信側と受信側が単一の量子リピータを介して接続される設定において、BB84プロトコルの完了時刻のパフォーマンス解析を行う。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.421615560456378
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: The BB84 QKD protocol is based on the idea that the sender and the receiver
can reconcile a certain fraction of the teleported qubits to detect
eavesdropping or noise and decode the rest to use as a private key. Under the
present hardware infrastructure, decoherence of quantum states poses a
significant challenge to performing perfect or efficient teleportation, meaning
that a teleportation-based protocol must be run multiple times to observe
success. Thus, performance analyses of such protocols usually consider the
completion time, i.e., the time until success, rather than the duration of a
single attempt. Moreover, due to decoherence, the success of an attempt is in
general dependent on the duration of individual phases of that attempt, as
quantum states must wait in memory while the success or failure of a generation
phase is communicated to the relevant parties. In this work, we do a
performance analysis of the completion time of the BB84 protocol in a setting
where the sender and the receiver are connected via a single quantum repeater
and the only quantum channel between them does not see any adversarial attack.
Assuming certain distributional forms for the generation and communication
phases of teleportation, we provide a method to compute the MGF of the
completion time and subsequently derive an estimate of the CDF and a bound on
the tail probability. This result helps us gauge the (tail) behaviour of the
completion time in terms of the parameters characterising the elementary phases
of teleportation, without having to run the protocol multiple times. We also
provide an efficient simulation scheme to generate the completion time, which
relies on expressing the completion time in terms of aggregated teleportation
times. We numerically compare our approach with a full-scale simulation and
observe good agreement between them.
- Abstract（参考訳）: BB84 QKDプロトコルは、送信側と受信側が、伝送されたキュービットの一定部分を分解して盗聴やノイズを検出し、残りを秘密鍵として使用するようにデコードできるという考えに基づいている。
現在のハードウェア基盤の下では、量子状態のデコヒーレンスは完全あるいは効率的なテレポーテーションを実行する上で重要な課題となり、テレポーテーションベースのプロトコルは成功を観察するために何度も実行されなければならない。
したがって、そのようなプロトコルのパフォーマンス分析は通常、単一の試行期間ではなく、完了までの時間、すなわち成功までの時間を考える。
さらに、デコヒーレンスにより、量子状態は記憶の中で待たなければならないが、生成相の成功または失敗は関連する当事者に伝達されるため、試行の成功は一般にその試みの個々のフェーズの持続時間に依存する。
本研究では、送信側と受信側が単一の量子リピータを介して接続され、その間の唯一の量子チャネルが敵対的な攻撃を見られない設定において、bb84プロトコルの完了時刻の性能解析を行う。
テレポーテーションの生成および通信フェーズの特定の分布形式を仮定し、完了時間のMGFを計算し、その後、CDFとテール確率の有界値の推定を導出する方法を提供する。
この結果は, プロトコルを複数回実行することなく, テレポーテーションの基本位相を特徴付けるパラメータを用いて, 完了時間(テール)の挙動を評価するのに役立つ。
また,集約されたテレポーテーション時間を用いて完了時間を表現することで,完了時間を生成するための効率的なシミュレーションスキームを提供する。
我々は,本手法を実規模シミュレーションと比較し,両者の良好な一致を観察する。
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