論文の概要: Single-Photon Advantage in Quantum Cryptography Beyond QKD
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.14993v1
- Date: Thu, 19 Dec 2024 16:06:07 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-20 13:29:56.283349
- Title: Single-Photon Advantage in Quantum Cryptography Beyond QKD
- Title（参考訳）: QKDを超える量子暗号における単一光子アドバンテージ
- Authors: Daniel A. Vajner, Koray Kaymazlar, Fenja Drauschke, Lucas Rickert, Martin von Helversen, Hanqing Liu, Shulun Li, Haiqiao Ni, Zhichuan Niu, Anna Pappa, Tobias Heindel,
- Abstract要約: 単一光子状態を用いた量子強いコインフリッププロトコルを実験的に実装する。
我々の研究は、将来の量子インターネットにおける複雑な暗号処理の実装に向けた大きな進歩を表している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.545520830707066
- License:
- Abstract: In quantum cryptography, fundamental laws of quantum physics are exploited to enhance the security of cryptographic tasks. Quantum key distribution is by far the most studied protocol to date, enabling the establishment of a secret key between trusted parties. However, there exist many practical use-cases in communication networks, which also involve parties in distrustful settings. The most fundamental quantum cryptographic building block in such a distrustful setting is quantum coin flipping, which provides an advantage compared to its classical equivalent. So far, few experimental studies on quantum coin flipping have been reported, all of which used probabilistic quantum light sources facing fundamental limitations. Here, we experimentally implement a quantum strong coin flipping protocol using single-photon states and demonstrate an advantage compared to both classical realizations and implementations using faint laser pulses. We achieve this by employing a state-of-the-art deterministic single-photon source based on the Purcell-enhanced emission of a semiconductor quantum dot in combination with fast polarization-state encoding enabling a quantum bit error ratio below 3%, required for the successful execution of the protocol. The reduced multi-photon emission yields a smaller bias of the coin flipping protocol compared to an attenuated laser implementation, both in simulations and in the experiment. By demonstrating a single-photon quantum advantage in a cryptographic primitive beyond QKD, our work represents a major advance towards the implementation of complex cryptographic tasks in a future quantum internet.
- Abstract（参考訳）: 量子暗号において、量子物理学の基本法則は暗号処理の安全性を高めるために利用される。
量子鍵の分配は、これまでで最も研究されてきたプロトコルであり、信頼できる当事者間の秘密鍵の確立を可能にする。
しかし、通信ネットワークには多くの実践的なユースケースがあり、不信な設定に関係者も関与している。
このような不確実な設定における最も基本的な量子暗号ビルディングブロックは量子コインのフリップであり、古典的な等価性に比べて有利である。
これまでのところ、量子コインの反転に関する実験的な研究はほとんど報告されておらず、いずれも基本的な制限に直面した確率的量子光源を使用していた。
ここでは、単一光子状態を用いた量子強いコインフリッププロトコルを実験的に実装し、ファイントレーザーパルスを用いた古典的実現と実装の両方と比較して利点を示す。
本研究では, 半導体量子ドットのパーセル励起放出と高速偏光状態符号化を併用して, プロトコルの実行に要する3%未満の量子ビット誤り率を実現することにより, 最先端の決定論的単一光子源を用いる。
減光された多光子放出は、シミュレーションと実験の両方において、減衰レーザー実装と比較してコインフリッププロトコルのバイアスが小さくなる。
QKDを超える暗号プリミティブで単一光子量子優位性を示すことで、我々の研究は将来の量子インターネットにおける複雑な暗号タスクの実装に向けた大きな進歩を示している。
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