論文の概要: Asymptotically tight security analysis of quantum key distribution based on universal source compression
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.07356v1
- Date: Thu, 10 Apr 2025 00:52:13 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-11 12:20:20.183697
- Title: Asymptotically tight security analysis of quantum key distribution based on universal source compression
- Title（参考訳）: ユニバーサルソース圧縮に基づく量子鍵分布の漸近的厳密なセキュリティ解析
- Authors: Takaya Matsuura, Shinichiro Yamano, Yui Kuramochi, Toshihiko Sasaki, Masato Koashi,
- Abstract要約: 量子鍵分布(QKD)プロトコルは、有限サイズのセキュリティ証明を必要とする。
PECアプローチはセキュリティ分析の一般的な戦略の1つである。
新しいPEC型戦略は、理論的に最適な鍵レートを確実に達成することができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5242869847419834
- License:
- Abstract: Practical quantum key distribution (QKD) protocols require a finite-size security proof. The phase error correction (PEC) approach is one of the general strategies for security analyses that has successfully proved finite-size security for many protocols. However, the asymptotically optimal key rate cannot in general be achieved with the conventional PEC approach due to the reduction to the estimation problem of the classical quantity, the phase error rate. In this work, we propose a new PEC-type strategy that can provably achieve the asymptotically optimal key rate. The key piece for this is a virtual protocol based on the universal source compression with quantum side information, which is of independent interest. Combined with the reduction method to collective attacks, this enables us to directly estimate the phase error pattern rather than the estimation via the phase error rate, and thus leads to asymptotically tight analyses. As a result, the security of any permutation-symmetrizable QKD protocol gets reduced to the estimation problem of the single conditional R\'enyi entropy, which can be efficiently solved by a convex optimization.
- Abstract（参考訳）: 実用的な量子鍵分布(QKD)プロトコルは、有限サイズのセキュリティ証明を必要とする。
位相誤差補正(PEC)アプローチは、多くのプロトコルにおいて有限サイズのセキュリティを証明したセキュリティ解析のための一般的な戦略の1つである。
しかし、古典量の推定問題である位相誤差率の低減により、従来のPECアプローチでは、漸近的に最適なキーレートは一般に達成できない。
本研究では,漸近的最適鍵レートを確実に達成できる新しいPEC型戦略を提案する。
この鍵となるのは、量子側情報による普遍的なソース圧縮に基づく仮想プロトコルであり、これは独立した関心事である。
本手法と組み合わせることで, 位相誤差率による推定よりも直接位相誤差パターンを推定することが可能となり, 漸近的に厳密な解析が可能となる。
その結果、置換共生可能なQKDプロトコルのセキュリティは、凸最適化により効率的に解ける単一条件R\'enyiエントロピーの推定問題に還元される。
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