論文の概要: Long-range photonic device-independent quantum key distribution using SPDC sources and linear optics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.23254v1
• Date: Thu, 31 Jul 2025 05:23:27 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-01 17:19:09.114644
• Title: Long-range photonic device-independent quantum key distribution using SPDC sources and linear optics
• Title（参考訳）: SPDC源と線形光学を用いた長距離フォトニックデバイス非依存量子鍵分布
• Authors: Morteza Moradi, Maryam Afsary, Piotr Mironowicz, Enky Oudot, Magdalena Stobińska,
• Abstract要約: デバイス非依存の量子キー分散(DI QKD)は、非並列暗号セキュリティを提供する。 2つの完全フォトニックアプローチを用いて、長距離DI QKDのための実験可能な最初のスキームを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.4913052010438639
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Device-independent quantum key distribution (DI QKD) offers unparalleled cryptographic security by eliminating trust requirements for quantum devices, yet has remained impractical for long-distance implementation due to fundamental rate limitations. Here, we propose the first experimentally viable schemes for long-distance DI QKD using two fully photonic approaches with heralded entanglement distribution using spontaneous parametric down-conversion (SPDC) sources. Both schemes achieve key rate scaling with the square root of channel transmissivity $\eta_t$, matching the twin-field protocol advantage rather than the prohibitive linear decay of conventional QKD. We demonstrate positive key rates at detector efficiencies as low as 83\%, bringing DI QKD within reach of the current superconducting detector technology. Our security analysis employs the Entropy Accumulation Theorem to establish rigorous finite-size bounds, while numerical optimization yields custom Bell certificates that surpass standard approaches by 2--3 times at maximum transmission distances. This work represents a critical milestone toward device-independent security in quantum communication networks, providing experimentalists with practical implementation pathways while maintaining the strongest possible security guarantees against quantum adversaries.
• Abstract（参考訳）: デバイス非依存の量子キー分散(DI QKD)は、量子デバイスに対する信頼要件を排除し、非並列の暗号セキュリティを提供するが、基本レート制限のため、長距離実装では実用的ではない。 本稿では,自然パラメトリックダウンコンバージョン(SPDC)を用いた2つのフルフォトニックアプローチを用いた長距離DI QKDのための実験的手法を提案する。 どちらのスキームもチャネル透過率の平方根である$\eta_t$でキーレートのスケーリングを実現し、従来のQKDの禁止線形減衰よりもツインフィールドプロトコルの利点にマッチする。 本研究は, 検出器効率が83 %以下の場合の正のキーレートを示し, 現在の超伝導検出器技術の到達範囲内にDI QKDをもたらすことを示す。 我々のセキュリティ分析ではエントロピー累積理論を用いて厳密な有限サイズ境界を確立する一方、数値最適化では最大伝送距離で2～3倍の標準アプローチを超える独自のベル証明書が得られる。 この研究は、量子通信ネットワークにおけるデバイス非依存のセキュリティへの重要なマイルストーンであり、量子敵に対する最強のセキュリティ保証を維持しながら、実践的な実装パスを提供する。

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