論文の概要: Overcoming Intensity Limits for Long-Distance Quantum Key Distribution

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.20265v1
• Date: Sat, 28 Dec 2024 20:40:23 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-03 22:24:07.864483
• Title: Overcoming Intensity Limits for Long-Distance Quantum Key Distribution
• Title（参考訳）: 長距離量子鍵分布における超越強度限界
• Authors: Ibrahim Almosallam,
• Abstract要約: 量子鍵分配(QKD)は、量子力学によって確保された暗号鍵の共有を可能にする。 BB84プロトコルは単一光子源を仮定するが、実用システムは光子数分割攻撃に弱いコヒーレントパルスに依存する。 観測データから直接鍵パラメータを推定するためにベイズ推定を適用することにより、高い強度が確実に許されることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum Key Distribution (QKD) enables the sharing of cryptographic keys secured by quantum mechanics. The BB84 protocol assumed single-photon sources, but practical systems rely on weak coherent pulses vulnerable to photon-number-splitting (PNS) attacks. The Gottesman-Lo-L\"utkenhaus-Preskill (GLLP) framework addressed these imperfections, deriving secure key rate bounds under limited PNS. The Decoy-state protocol further improved performance by refining single-photon yield estimates, but still considered multi-photon states as insecure, limiting intensities and thereby constraining key rate and distance. Here, we show that higher intensities can be securely permitted by applying Bayesian inference to estimate key parameters directly from observed data rather than relying on worst-case assumptions. By raising the pulse intensity to 10 photons, we achieve 50 times the key rate and a 62.2% increase in operational range (about 200 km) compared to the decoy-state protocol. Furthermore, we accurately model after-pulsing using a Hidden Markov Model and reveal inaccuracies in decoy-state calculations that may produce erroneous key-rate estimates. By bridging theoretical security and real-world conditions, this Bayesian methodology provides a versatile post-processing step for many discrete-variable QKD protocols, advancing their reach, efficiency, and facilitating broader adoption of quantum-secured communication.
• Abstract（参考訳）: 量子鍵分配(QKD)は、量子力学によって確保された暗号鍵の共有を可能にする。 BB84プロトコルは単一光子源を仮定するが、実用システムは光子数分割(PNS)攻撃に弱いコヒーレントパルスに依存する。 Gottesman-Lo-L\"utkenhaus-Preskill (GLLP)フレームワークはこれらの欠陥に対処し、限られたPNSの下で安全な鍵レート境界を導出した。 ディコイ状態プロトコルは単光子収率推定を精細化することでさらなる性能向上を図ったが、それでも多光子状態は安全でないと考えられ、強度を制限し、キーレートと距離を制限している。 ここでは,ベイズ推定を適用して,最悪の仮定に頼るのではなく,観測データから直接キーパラメータを推定することにより,より高い強度を確実に許すことを示す。 パルス強度を10光子に上げることで、鍵レートの50倍、オペレーショナルレンジ(約200km)がデコイステートプロトコルに比べて62.2%増加する。 さらに,隠れマルコフモデルを用いた後パルスを高精度にモデル化し,不正なキーレート推定を発生させるおそれのあるデコイ状態計算における不正確さを明らかにする。 このベイズ的手法は、理論上のセキュリティと実世界の条件をブリッジすることによって、多くの離散変数QKDプロトコルに対して多目的な後処理ステップを提供し、そのリーチ、効率性を高め、量子セキュアな通信のより広範な採用を促進する。

関連論文リスト

• Characterising higher-order phase correlations in gain-switched laser sources with application to quantum key distribution [38.00713966087315]
  レーザー源における多光子放出は、量子鍵分布のセキュリティにとって深刻な脅威である。 出力パルスの位相確率分布を特徴付ける実験手法を提案する。 干渉測度に対する最適化タスクは任意の順序相関の影響を決定するのに十分であることを示す。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-12-04T22:06:13Z)
• Practical hybrid PQC-QKD protocols with enhanced security and performance [44.8840598334124]
  我々は,量子古典ネットワーク内でQKDとPQCが相互運用するハイブリッドプロトコルを開発した。 特に、それぞれのアプローチの個々の性能に対して、スピードと/またはセキュリティを向上する可能性のある、異なるハイブリッド設計について検討する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-11-02T00:02:01Z)
• Superior decoy state and purification quantum key distribution protocols for realistic quantum-dot based single photon sources [0.35342120781147623]
  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。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-09-12T11:07:50Z)
• Empirical Risk-aware Machine Learning on Trojan-Horse Detection for Trusted Quantum Key Distribution Networks [31.857236131842843]
  量子鍵分散(QKD)は、送信中に高いレベルのデータセキュリティを提供する暗号技術である。 理論的概念と実践的実装のギャップの存在は、QKDネットワークの信頼性に関する懸念を引き起こしている。 本稿では,時間変動量子チャネル上でのトロイの木馬攻撃のリスク分析を行うリスク認識機械学習手法の実装を提案する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-01-26T03:36:13Z)
• Phase-Matching Quantum Key Distribution without Intensity Modulation [25.004151934190965]
  強度変調のない位相整合量子鍵分布プロトコルを提案する。 シミュレーションの結果,プロトコルの伝送距離は通信ファイバーで305kmに達する可能性が示唆された。 我々のプロトコルは量子ネットワーク構築に有望なソリューションを提供する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-03-21T04:32:01Z)
• Quantum Key Distribution Using a Quantum Emitter in Hexagonal Boron Nitride [48.97025221755422]
  六方晶窒化ホウ素中の明るい単一光子源を用いた室温, 離散可変量子鍵分布系を実証した。 我々は100万ビットの鍵を生成し、約70,000ビットの秘密鍵を6%の量子ビット誤り率で証明した。 本研究は,hBN欠陥で実現した有限鍵BB84QKDシステムの最初の証明である。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-02-13T09:38:51Z)
• Single-emitter quantum key distribution over 175 km of fiber with optimised finite key rates [45.82374977939355]
  伝送波長に変換された量子ドット周波数を用いて、ファイバーベースの量子鍵分布を行う。 我々は、政権内で最大175kmの正の鍵レートを示す。 この結果は、長距離シングルエミッタQKDネットワークの実現に向けての大きな進歩を示している。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-09-07T18:03:36Z)
• Upper bounds on key rates in device-independent quantum key distribution based on convex-combination attacks [1.118478900782898]
  上界DIQKDキーレートの効率的かつ使いやすい手法として凸結合攻撃を提案する。 最先端プロトコルのキーレートの低いバウンダリの精度を検証することができる。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-06-13T15:27:48Z)
• Experimental measurement-device-independent type quantum key distribution with flawed and correlated sources [14.143874849657317]
  量子鍵分布(QKD)のセキュリティは、現実的なデバイスと理論的な仮定の相違によって脅かされている。 そこで本研究では,レーザーパルスを用いた4相測定デバイス非依存QKDの安全性を示す基準手法を採用した。 さらに,本プロトコルの有効性を実証実験により実証し,20dBチャネル損失でセキュアな鍵レート253bpsを実現する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-04-18T13:44:51Z)
• Efficient room-temperature molecular single-photon sources for quantum key distribution [51.56795970800138]
  量子鍵分散(QKD)は、情報理論の安全な方法で複数のユーザ間で暗号鍵を分配することを可能にする。 室温で動作し、785nmで発光する分子ベースの単一光子源を利用した概念QKDシステムを紹介し,実証する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-02-25T11:52:10Z)
• Foiling zero-error attacks against coherent-one-way quantum key distribution [0.0]
  コヒーレントワンウェイ(COW)のQKDが市販されている。 近年では、秘密鍵レートがチャネル透過率と2次的にスケールすることが示されている。 我々は,COW-QKDに対するゼロエラー攻撃に対する様々な対策について検討した。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-08-27T17:01:14Z)
• Round-robin differential phase-time-shifting protocol for quantum key distribution: theory and experiment [58.03659958248968]
  量子鍵分布(QKD)は、遠隔者間で共通の暗号鍵の確立を可能にする。 近年,信号の乱れの監視を回避できるQKDプロトコルが提案され,初期の実験で実証されている。 我々は,ラウンドロビン差動位相シフトプロトコルのセキュリティ証明を,集団攻撃シナリオにおいて導出する。 その結果,RRDPTSプロトコルは高い量子ビット誤り率の条件下で,RDPSと比較して高い秘密鍵レートが得られることがわかった。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-03-15T15:20:09Z)
• A new method controlling the error probability for detecting the photon-number-splitting attack in the decoy-state quantum key distribution [9.081501177870487]
  本稿では, PNS攻撃がないという無効仮説の下で, まず攻撃の有無を判定する。 結果が攻撃であると判断された場合、既存のdeoy-state法とGLLP式を用いて安全な鍵レートを推定できる。 そうでなければ、単一光子パルスと多光子パルスの両方を含む全てのパルスが鍵を生成するのに使用できる。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-12-21T14:38:09Z)
• Experimental composable security decoy-state quantum key distribution using time-phase encoding [19.037123608278602]
  我々は、コヒーレントアタックに対する4強度のデコイ状態BB84 QKDに対する厳密な有限鍵セキュリティ境界を提供する。 実時間秘密鍵レートを50kmシングルモードファイバ上で60kbps以上とする,200MHzの時間位相符号化システムを構築した。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-02-25T04:59:43Z)

関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。

指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。