論文の概要: Secure Quantum Token Processing with Color Centers in Diamond

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.04985v1
• Date: Thu, 06 Mar 2025 21:31:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-10 12:22:11.969182
• Title: Secure Quantum Token Processing with Color Centers in Diamond
• Title（参考訳）: ダイヤモンド中の色中心を用いたセキュア量子トークン処理
• Authors: Yannick Strocka, Mohamed Belhassen, Tim Schröder, Gregor Pieplow,
• Abstract要約: 本稿では、トークンがセキュアな認証や支払いを保証する量子状態である量子トークンスキームを提案する。 トークンは、単一光子源によって生成されたマルチキュービット状態に符号化され、量子メモリレジスタを持つユーザへ送信される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: We present a quantum token scheme in which the token is a quantum state that ensures secure authentication or payment. In our approach, rooted in Wiesner's quantum money concept, a token is encoded in a multi-qubit state generated by a single-photon source and transmitted to a user who holds a quantum memory register. By leveraging state-dependent reflection from a highly efficient sawfish nanophotonic crystal cavity and implementing high-fidelity fractional quantum gates through a pulse train of optical $\pi$/8 pulses, our design achieves gate fidelities exceeding 99% under realistic operating conditions. We also analyze microwave control, which extends the viability to longer storage times, albeit at reduced operational rates. We rigorously examine the impact of finite photon bandwidth, cavity design parameters, spectral diffusion, and control imperfections on overall performance. Our comprehensive model indicates that, with near-term improvements in device efficiency and conversion rates, the token acceptance rate can approach the MHz regime for short-distance communication links while remaining robust against optimal cloning attacks. These findings pave the way for integrating unforgeable quantum tokens into larger-scale quantum networks, thereby significantly enhancing the security of future quantum network applications.
• Abstract（参考訳）: 本稿では、トークンがセキュアな認証や支払いを保証する量子状態である量子トークンスキームを提案する。 我々のアプローチでは、Wiesnerの量子マネーの概念をルーツとして、トークンは単一光子源によって生成されたマルチキュービット状態に符号化され、量子メモリレジスタを持つユーザに送信される。 高効率なソーフィッシュナノフォトニック結晶キャビティからの状態依存反射を利用して、光学式$\pi$/8パルスのパルストレインを通した高忠実度量子ゲートを実装することにより、リアルな動作条件下でゲート忠実度を99%以上達成する。 またマイクロ波制御を解析し、使用率の低下にもかかわらず、より長い保存時間に生存性を拡張する。 本研究では, 有限光子帯域幅, 空洞設計パラメータ, スペクトル拡散, 制御欠陥が全体の性能に与える影響を厳密に検討する。 包括的モデルでは、デバイス効率と変換率の短期的な改善により、トークンの受け入れ率は、最適なクローン攻撃に対して頑健でありながら、短距離通信リンクに対してMHzレギュレータに接近できることを示す。 これらの知見は、忘れられない量子トークンを大規模量子ネットワークに統合する方法を開拓し、将来の量子ネットワークアプリケーションのセキュリティを著しく向上させる。

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