論文の概要: Superior decoy state and purification quantum key distribution protocols for realistic quantum-dot based single photon sources
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.07939v1
- Date: Thu, 12 Sep 2024 11:07:50 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-09-13 16:48:47.873789
- Title: Superior decoy state and purification quantum key distribution protocols for realistic quantum-dot based single photon sources
- Title（参考訳）: 現実的な量子ドットベースの単一光子源のための超解離状態と純化量子鍵分布プロトコル
- Authors: Yoad Ordan, Yuval Bloom, Tamar Levin, Kfir Sulimany, Jennifer A. Hollingsworth, Ronen Rapaport,
- Abstract要約: 我々は、理想のポアソニアン光子源から遠く離れた実用的な2つの単純な実装プロトコルを実験的にエミュレートし、最先端のWCSより優れていることを示す。
量子ドットのビエクシトン・エキシトンカスケードの光子統計を工学的に解析することにより、切り離されたデコイ状態プロトコルか、あるいは隠蔽された浄化プロトコルを用いることができることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.35342120781147623
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The original proposal of quantum key distribution (QKD) was based on ideal single photon sources, which 40 years later, are still challenging to develop. Therefore, the development of decoy state protocols using weak coherent states (WCS) from lasers, set the frontier in terms of secure key rates. Here, we propose and experimentally emulate two simple-to-implement protocols that allow practical, far from ideal sub-Poissonian photon sources to outperform state-of-the-art WCS. By engineering the photon statistics of a quantum dot's biexciton-exciton cascade, we show that either a truncated decoy state protocol or a heralded purification protocol can be employed to achieve a significantly increased performance in terms of the maximal allowed channel loss for secure key creation, which can exceed that of WCS by more than 3dB. We then show that our recently demonstrated room temperature single photon sources, based on giant colloidal quantum dots coupled to nano-antennas, are already well within the optimal performance range. These protocols can be utilized efficiently on a host of various sub-Poissonian quantum emitters having controllable photon statistics, offering a practical approach to QKD without the hindering requirements on the single photon purity of the photon source.
- Abstract（参考訳）: 量子鍵分布(QKD)の最初の提案は、40年後の今でも開発が難しい理想的な単一光子源に基づいていた。
したがって、レーザーからの弱いコヒーレント状態(WCS)を用いたデコイ状態プロトコルの開発により、フロンティアは安全な鍵レートで設定された。
本稿では,2つの簡易実装プロトコルを実験的にエミュレートし,理想のサブポアソニアン光子源から外れて,最先端の WCS に勝ることを可能にした。
量子ドットのビエクシトン・エキシトンカスケードの光子統計を工学することにより,3dB以上でWCSを超過するセキュアな鍵生成のために,最大チャネル損失を最大化するために,切り離されたデコイ状態プロトコルと隠蔽された浄化プロトコルのいずれかを用いることができることを示す。
次に, ナノアンテナに結合した巨大コロイド量子ドットに基づく室温単一光子源が, 既に最適性能範囲内にあることを示す。
これらのプロトコルは、制御可能な光子統計を持つ様々なサブポアソン量子エミッターのホスト上で効率的に利用することができ、光子源の単一光子純度に対する要求を妨げずにQKDに実践的なアプローチを提供する。
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