論文の概要: High-Dimensional Quantum Key Distribution with Qubit-like States
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.03893v1
- Date: Fri, 04 Apr 2025 19:34:28 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-08 14:09:38.428132
- Title: High-Dimensional Quantum Key Distribution with Qubit-like States
- Title（参考訳）: 量子ビット状態を用いた高次元量子鍵分布
- Authors: Lukas Scarfe, Rojan Abolhassani, Frédéric Bouchard, Aaron Goldberg, Khabat Heshami, Francesco Di Colandrea, Ebrahim Karimi,
- Abstract要約: フーリエ量子(または$textitF$-qubits)と呼ばれる量子ビット状態を用いた高次元QKDプロトコルを提案する。
我々のスキームでは、各$textitF$-qubitは相対位相を持つ2つの計算基底状態の重ね合わせであり、$d$は計算基底の次元である。
この非ミューチュアルに偏りのないアプローチは、国家の2次元の性質にもかかわらず、盗聴器に漏れた情報を束縛し、高次元量子システムのセキュリティを維持することができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Quantum key distribution (QKD) protocols most often use two conjugate bases in order to verify the security of the quantum channel. In the majority of protocols, these bases are mutually unbiased to one another, which is to say they are formed from balanced superpositions of the entire set of states in the opposing basis. Here, we introduce a high-dimensional QKD protocol using qubit-like states, referred to as Fourier-qubits (or $\textit{F}$-qubits). In our scheme, each $\textit{F}$-qubit is a superposition of only two computational basis states with a relative phase that can take $d$ distinct values, where $d$ is the dimension of the computational basis. This non-mutually unbiased approach allows us to bound the information leaked to an eavesdropper, maintaining security in high-dimensional quantum systems despite the states' seemingly two-dimensional nature. By simplifying state preparation and measurement, our protocol offers a practical alternative for secure high-dimensional quantum communications. We experimentally demonstrate this protocol for a noisy high-dimensional QKD channel using the orbital angular momentum degree of freedom of light and discuss the potential benefits for encoding in other degrees of freedom.
- Abstract（参考訳）: 量子鍵分布(QKD)プロトコルは、しばしば量子チャネルのセキュリティを検証するために2つの共役基底を使用する。
ほとんどのプロトコルでは、これらの基底は互いに偏りがなく、すなわち、反対の基底において状態全体のバランスの取れた重ね合わせから形成される。
本稿では,Fourier-qubits(または$\textit{F}$-qubits)と呼ばれるqubitライクな状態を用いた高次元QKDプロトコルを提案する。
我々のスキームでは、各$\textit{F}$-qubit は相対位相を持つ2つの計算基底状態の重ね合わせであり、$d$異なる値を取ることができる。
この非ミューチュアルに偏りのないアプローチは、国家の2次元の性質にもかかわらず、盗聴器に漏れた情報を束縛し、高次元量子システムのセキュリティを維持する。
状態準備と測定を簡略化することにより、セキュアな高次元量子通信のための実用的な代替手段を提供する。
光の軌道角運動量次数を用いてノイズの多い高次元QKDチャネルに対するこのプロトコルを実験的に実証し、他の自由度における符号化の潜在的な利点について議論する。
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