論文の概要: Tight scaling of key rate for differential-phase-shift quantum key distribution

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.10033v1
• Date: Thu, 16 May 2024 12:15:18 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-05-17 14:22:13.225920
• Title: Tight scaling of key rate for differential-phase-shift quantum key distribution
• Title（参考訳）: 差相シフト量子鍵分布における鍵レートのタイトスケーリング
• Authors: Akihiro Mizutani, Toyohiro Tsurumaru,
• Abstract要約: 出力ブロックの各位相が$n$のパルスからなるDPSプロトコルをランダム化する。 我々はキーレートが$eta1+frac1n-2$に比例していることを明らかにし、このレートは厳密である。 以上の結果から,DPSプロトコルは実装の容易さとキー生成率の両立が可能であることが示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.366405857677226
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The performance of quantum key distribution (QKD) protocols is evaluated based on the ease of implementation and key generation rate. Among major protocols, the differential-phase-shift (DPS) protocol has the advantage of simple implementation using a train of coherent pulses and a passive detection unit. Unfortunately, however, its key rate is known to be at least proportional to $\eta^2$ with respect to channel transmission $\eta\to0$. If one can only prove the rate proportional to $\eta^2$ and cannot improve the analysis beyond that, then the DPS protocol will be deemed inferior to other major protocols, such as the decoy BB84 protocol. In this paper, we consider a type of DPS protocol in which the phase of each emitted block comprising $n$ pulses is randomized and significantly improve the analysis of its key rate. Specifically, we reveal that the key rate is proportional to $\eta^{1+\frac{1}{n-2}}$ and this rate is tight. This implies that the DPS protocol can achieve a key rate proportional to $\eta$ for a large number of $n$, which is the same scaling as the decoy BB84 protocol. Our result suggests that the DPS protocol can achieve a combination of both advantages of ease of implementation and a high key generation rate.
• Abstract（参考訳）: 実装の容易さと鍵生成率に基づいて量子鍵分布(QKD)プロトコルの性能を評価する。 主要なプロトコルの中で、差動位相シフト(DPS)プロトコルは、コヒーレントパルス列と受動的検出ユニットを用いた単純な実装の利点がある。 しかし残念なことに、その鍵レートは少なくとも$\eta^2$に比例することが知られている。 もし$\eta^2$に比例する率しか証明できず、それ以上の分析を改善できないとすれば、DPSプロトコルはデコイBB84プロトコルのような他の主要なプロトコルよりも劣ると見なされる。 本稿では、$n$のパルスからなる各出力ブロックの位相をランダム化し、そのキーレートを著しく改善するDPSプロトコルについて考察する。 具体的には、キーレートが$\eta^{1+\frac{1}{n-2}}$に比例していることを明らかにする。 これは、DPSプロトコルが、デコイBB84プロトコルと同じスケーリングである大量の$n$に対して$\eta$に比例したキーレートを達成することができることを意味する。 以上の結果から,DPSプロトコルは実装の容易さとキー生成率の両立が可能であることが示唆された。

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