論文の概要: On the Implementation Security of Twin-Field Quantum Key Distribution using Optical Injection Locking

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.21763v1
• Date: Fri, 29 Aug 2025 16:38:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-01 19:45:11.114747
• Title: On the Implementation Security of Twin-Field Quantum Key Distribution using Optical Injection Locking
• Title（参考訳）: 光インジェクションロックを用いた2フィールド量子鍵分布の実装セキュリティについて
• Authors: Sergio Juárez, Alessandro Marcomini, Mikhail Petrov, Robert I. Woodward, Toby J. Dowling, R. Mark Stevenson, Marcos Curty, Davide Rusca,
• Abstract要約: Twin-Field Quantum Key Distribution (TF-QKD) は、主要な量子通信プロトコルとして登場した。 我々は、外部注入された基準レーザーの様々な光度自由度を通して導入できる、OILベースのTF-QKDの電位側チャネルを解析する。 本稿では、リアルタイム電力監視のための高速フォトダイオードや、帯域外信号の検出・抑制を目的としたスペクトルフィルタリングなど、簡便で効果的な対策を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 32.505127447635864
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Twin-Field Quantum Key Distribution (TF-QKD) has emerged as a leading quantum communication protocol, enabling secure key distribution over unprecedented distances by utilising coherent interference of quantum states. Optical Injection Locking (OIL) architectures have been used to simplify the precise phase and frequency stabilisation required by TF-QKD. In this work, we systematically analyse potential side-channels in OIL-based TF-QKD that can be introduced through the various optical degrees of freedom of the externally injected reference laser. We experimentally demonstrate two realistic attack scenarios: rapid intensity modulation of the reference laser and Trojan-horse signals exploiting wavelengths undetectable by conventional monitoring techniques. To counter these vulnerabilities, we propose straightforward and highly effective countermeasures including high-speed photodiodes for real-time power monitoring and targeted spectral filtering to detect and suppress out-of-band signals. Our experimental results confirm that these practical solutions substantially reinforce the security of TF-QKD systems without significant additional complexity or performance degradation. More broadly, our analysis highlights the critical importance of comprehensive optical monitoring to ensure the robust practical deployment of TF-QKD in real-world quantum communication networks.
• Abstract（参考訳）: Twin-Field Quantum Key Distribution (TF-QKD) は、量子状態のコヒーレント干渉を利用して、前例のない距離における安全な鍵分配を可能にする主要な量子通信プロトコルとして登場した。 オプティカルインジェクションロック(OIL)アーキテクチャは、TF-QKDが必要とする正確な位相と周波数安定化を単純化するために使用されている。 本研究では,OILをベースとしたTF-QKDにおいて,外部照射された基準レーザーの様々な光学的自由度を介し,潜在的側チャネルを系統的に解析する。 従来の監視技術では検出不可能な波長を利用した基準レーザーとトロイの木馬信号の急激な強度変調の2つの現実的な攻撃シナリオを実験的に実証した。 これらの脆弱性に対処するために、リアルタイム電力監視のための高速フォトダイオードや、帯域外信号の検出と抑制を目的としたスペクトルフィルタリングなど、簡便で効果的な対策を提案する。 実験結果から, TF-QKDシステムのセキュリティは, 大幅な複雑化や性能劣化を伴わず, 大幅に向上することが確認された。 より広義には、実世界の量子通信ネットワークにおけるTF-QKDの堅牢な実践的展開を保証するため、包括的光学監視の重要性を強調した。

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