論文の概要: Impact of the exciton fine structure splitting and measurement orientations on the robustness of cryptographic keys generated via the quantum protocol E91

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.03753v1
• Date: Wed, 04 Dec 2024 22:46:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-06 14:39:39.145419
• Title: Impact of the exciton fine structure splitting and measurement orientations on the robustness of cryptographic keys generated via the quantum protocol E91
• Title（参考訳）: 量子プロトコルE91による暗号鍵のロバスト性に及ぼすエキシトン微細構造分割と測定方向の影響
• Authors: Adrián F. Hernández-Borda, María P. Rojas-Sepúlveda, Hanz Y. Ramírez-Gómez,
• Abstract要約: 本研究は、E91量子鍵分配プロトコルの性能を2つの要素の変動下で評価することに焦点を当てる。 実験した位相と角度の関数として,プロトコルの秘密鍵レートとベルのパラメータの解析式を得る。 以上の結果から, 量子伝送の性能は, 励起子の寿命と量子ドットの微細構造分裂の間の生成物に大きく影響していることが示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Photons and optical circuits are among the most promising platforms for implementation of quantum technologies, because of its potential use in quantum computing, quantum cryptography and long-distance quantum communication. One of the main requirements to achieve reliable quantum communications are on-demand sources of highly entangled photon pairs, and semiconductor quantum dots have emerged as prominent candidates to satisfy the necessary conditions of brightness and entanglement fidelity. However, in most cases the biexciton-exciton-vacuum cascade produces a pair of maximally polarization-entangled photons with a dephasing, due to the exciton fine structure splitting. This work focuses on the performance of the E91 quantum key distribution protocol under the variation of two elements: first, the phase in the input state when the protocol is implemented using entangled photons generated via the radiative cascade, and second, the relative directions of the polarization analyzers. We obtain analytical expressions for the protocol's secret key rate and Bell's parameter as functions of the studied phase and angles. Then, we validate those expressions by means of a quantum computational implementation with the IBM's API Qiskit. Our results show that the performance of the quantum transmission is highly impacted by the product between the exciton lifetime and the quantum dot's fine structure splitting and that such an impact may be modulated through the orientation of the polarizers. These findings provide important insight for the scalable implementation of quantum key distribution protocols with quantum dots as entanglement sources.
• Abstract（参考訳）: 光子や光回路は、量子コンピューティング、量子暗号、長距離量子通信に利用される可能性があるため、量子技術の実装において最も有望なプラットフォームである。 信頼性の高い量子通信を実現するための主要な要件の1つは、高度に絡み合った光子対のオンデマンドソースであり、半導体量子ドットは、明るさと絡み合いの忠実性の必要な条件を満たすために顕著な候補として現れている。 しかしながら、ほとんどの場合、バイエクシトン-エクシトン-真空カスケードは、エクシトン微細構造が分裂するため、最大偏光束縛された一対の光子を生成する。 本研究は、E91量子鍵分布プロトコルの性能を2つの要素のバリエーションで比較した。第1に、放射カスケードを介して発生した絡み合った光子を用いてプロトコルが実装された際の入力状態の位相、第2に、偏光解析器の相対方向である。 実験した位相と角度の関数として,プロトコルの秘密鍵レートとベルのパラメータの解析式を得る。 次に,IBM の API Qiskit を用いた量子計算実装を用いて,これらの式を検証する。 以上の結果から, 量子伝達の性能は, 励起子寿命と量子ドットの微細構造分裂の間に生じる生成物に大きく影響し, 偏光子の配向によってその影響を変調できることが示唆された。 これらの知見は量子ドットを絡み合った量子鍵分布プロトコルのスケーラブルな実装に重要な洞察を与える。

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