論文の概要: A Fully Device-Independent Ternary Quantum Key Distribution Protocol Based on the Impossible Colouring Game
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.15599v3
- Date: Tue, 12 Aug 2025 18:49:12 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-14 16:17:42.47369
- Title: A Fully Device-Independent Ternary Quantum Key Distribution Protocol Based on the Impossible Colouring Game
- Title（参考訳）: 不合理なカラーゲームに基づく完全デバイス非依存の3次量子鍵分配プロトコル
- Authors: Aniket Basak, Rajeet Ghosh, Rohit Sarma Sarkar, Chandan Goswami, Avishek Adhikari,
- Abstract要約: 擬似テレパシーゲームにおいて, 量子鍵分布プロトコルを提案する。
このプロトコルは、コチェン=スペクターの定理の文脈性から生じるベルの不等式違反を利用する。
適切なセキュリティフレームワーク内で動作し、標準的な量子鍵分配方式と比較してキー生成率が改善されている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.59374762912328
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: We propose a Ternary Fully Device-Independent Quantum Key Distribution (TFDIQKD) protocol based on the two-party Impossible Colouring pseudo-telepathy game, utilizing maximally entangled qutrit states to enable secure key generation between distant parties. The protocol harnesses Bell inequality violations that arise from contextuality in the Kochen-Specker theorem, thereby offering a quantum advantage in a task that is classically impossible and eliminating reliance on assumptions about the internal functioning of quantum devices. A specially designed qutrit quantum circuit is used for state preparation. Security and device independence are rigorously analyzed within a composable framework, employing Bell-inequality violations, smooth min-entropy, von Neumann entropy, and Shannon entropy. The protocol achieves optimal key rates in the ideal case and maintains security under significant noise, with a finite-key analysis that supports its practical viability. Overall, the protocol operates within an adequate security framework and demonstrates an improved key generation rate compared to standard quantum key distribution schemes, highlighting the potential of high-dimensional quantum systems for secure communication.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,最大絡み合わされたクォート状態を利用して,遠隔者間で安全な鍵生成を実現することを目的として,Impossible Colouring pseudo-telepathyゲームに基づく第3次完全デバイス独立量子鍵分配(TFDIQKD)プロトコルを提案する。
このプロトコルは、コチェン=スペクターの定理の文脈性から生じるベルの不等式違反を利用しており、古典的に不可能なタスクにおいて量子的優位性を与え、量子デバイスの内部機能に関する仮定に依存することを排除している。
状態準備には特別に設計された量子回路が使用される。
セキュリティとデバイス独立性は、ベル不平等違反、スムーズなミンエントロピー、フォン・ノイマンエントロピー、シャノンエントロピーといった構成可能な枠組みの中で厳密に分析される。
このプロトコルは理想的な場合において最適な鍵レートを達成し、その実用性をサポートする有限鍵解析を用いて、大きなノイズの下でセキュリティを維持する。
全体として、このプロトコルは適切なセキュリティフレームワーク内で動作し、標準的な量子鍵分布方式と比較して改良された鍵生成率を示し、セキュアな通信のための高次元量子システムの可能性を強調している。
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