論文の概要: Device-independent quantum key distribution with arbitrarily small nonlocality

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.09650v1
• Date: Mon, 18 Sep 2023 10:34:56 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-09-19 14:01:13.003251
• Title: Device-independent quantum key distribution with arbitrarily small nonlocality
• Title（参考訳）: 任意に小さな非局所性を持つデバイス独立量子鍵分布
• Authors: Lewis Wooltorton, Peter Brown, Roger Colbeck
• Abstract要約: デバイス非依存の量子キー分散(DIQKD)により、2人のユーザが使用する量子デバイスを信頼することなく、共有暗号キーをセットアップできる。 ここではそのような境界が存在しないことを示し、局所集合に任意に近い相関を持つ鍵を与えるスキームを与える。 我々の構成のいくつかは、一対の絡み合った量子ビットに対して最大1ビットの鍵を達成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9208007322096533
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Device-independent quantum key distribution (DIQKD) allows two users to set up shared cryptographic key without the need to trust the quantum devices used. Doing so requires nonlocal correlations between the users. However, in [Phys. Rev. Lett. 127, 050503 (2021)] it was shown that for known protocols nonlocality is not always sufficient, leading to the question of whether there is a fundamental lower bound on the minimum amount of nonlocality needed for any DIQKD implementation. Here we show that no such bound exists, giving schemes that achieve key with correlations arbitrarily close to the local set. Furthermore, some of our constructions achieve the maximum of 1 bit of key per pair of entangled qubits. We achieve this by studying a family of Bell-inequalities that constitute all self-tests of the maximally entangled state with a single linear Bell expression. Within this family there exist non-local correlations with the property that one pair of inputs yield outputs arbitrarily close to perfect key. Such correlations exist for a range of Clauser-Horne-Shimony-Holt (CHSH) values, including those arbitrarily close to the classical bound. Finally, we show the existence of quantum correlations that can generate both perfect key and perfect randomness simultaneously, whilst also displaying arbitrarily small CHSH violation; this opens up the possibility of a new class of cryptographic protocol.
• Abstract（参考訳）: デバイス非依存の量子キー分散(DIQKD)により、2人のユーザが使用する量子デバイスを信頼することなく、共有暗号キーをセットアップできる。 そのためには、ユーザ間の非ローカルな相関が必要となる。 しかし、[Phys. Rev. Lett. 127, 050503 (2021)] において、既知のプロトコルの非局所性は常に十分ではないことが示され、任意のDIQKD実装に必要な最小限の非局所性に基礎的な下限が存在するかどうかが問題となった。 ここではそのような境界が存在しないことを示し、局所集合に任意に近い相関を持つ鍵を与えるスキームを与える。 さらに、いくつかの構成により、1組のエンタングル量子ビットにつき最大1ビットの鍵が得られる。 一つの線形ベル表現で最大絡み合う状態の全ての自己テストを構成するベル不等式の族を研究することでこれを実現できる。 この族内には、一対の入力が任意に完全鍵に近い出力を与える性質と非局所相関が存在する。 このような相関関係は、古典境界に任意に近いものを含む、chsh値の範囲で存在する。 最後に、完全鍵と完全ランダム性の両方を同時に生成できる量子相関の存在を示すとともに、任意に小さいchsh違反を表示することにより、新たな暗号プロトコルの可能性を開く。

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