論文の概要: Computational Monogamy of Entanglement and Non-Interactive Quantum Key Distribution

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.00791v1
• Date: Wed, 01 Oct 2025 11:41:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-03 16:59:20.531541
• Title: Computational Monogamy of Entanglement and Non-Interactive Quantum Key Distribution
• Title（参考訳）: エンタングルメントと非相互作用量子鍵分布の計算的一様性
• Authors: Alex B. Grilo, Giulio Malavolta, Michael Walter, Tianwei Zhang,
• Abstract要約: 量子鍵分布(QKD)により、アリスとボブは秘密鍵を公開の信頼できない量子チャネル上で交換することができる。 従来のキー交換と比較して、QKDは永続的なセキュリティを実現している。 量子情報を用いても、永続的なセキュリティを提供する非対話的プロトコルは知られていない。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 21.219588497290115
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum key distribution (QKD) enables Alice and Bob to exchange a secret key over a public, untrusted quantum channel. Compared to classical key exchange, QKD achieves everlasting security: after the protocol execution the key is secure against adversaries that can do unbounded computations. On the flip side, while classical key exchange can be achieved non-interactively (with two simultaneous messages between Alice and Bob), no non-interactive protocol is known that provides everlasting security, even using quantum information. In this work, we make progress on this problem. Our main technical contribution is a computational variant of the celebrated monogamy of entanglement game, where the secret is only computationally hidden from the players, rather than information-theoretically. In these settings, we prove a negligible bound on the maximal winning probability over all strategies. As a direct application, we obtain a non-interactive (simultaneous message) QKD protocol from any post-quantum classical non-interactive key exchange, which satisfies everlastingly secure assuming Alice and Bob agree on the same key. The protocol only uses EPR pairs and standard and Hadamard basis measurements, making it suitable for near-term quantum hardware. We also propose how to convert this protocol into a two-round protocol that satisfies the standard notion of everlasting security. Finally, we prove a no-go theorem which establishes that (in contrast to the case of ordinary multi-round QKD) entanglement is necessary for non-interactive QKD, i.e., the messages sent by Alice and Bob cannot both be unentangled with their respective quantum memories if the protocol is to be everlastingly secure.
• Abstract（参考訳）: 量子鍵分布(QKD)により、アリスとボブは秘密鍵を公開の信頼できない量子チャネル上で交換することができる。 従来のキー交換と比較すると、QKDは永続的なセキュリティを実現している。 一方、古典的な鍵交換は(アリスとボブの2つの同時メッセージで)非相互作用的に達成できるが、量子情報を用いても永続的なセキュリティを提供する非相互作用プロトコルは知られていない。 本研究は,この問題を進展させるものである。 我々の主な技術的貢献は、エンタングルメントゲームにおける有名なモノガミーの計算的変形であり、秘密は情報理論ではなく、プレイヤーからのみ計算的に隠されている。 これらの設定では、全ての戦略に対して最大勝利確率に負の有界性を示す。 直接的応用として、Alice と Bob が同じキーに一致すると仮定して常に安全であるような、量子後古典的非対話鍵交換から非対話的(同時メッセージ)QKDプロトコルを得る。 このプロトコルは、EPR対と標準とアダマール基底の測定のみを使用しており、短期量子ハードウェアに適している。 また,このプロトコルを,永続的セキュリティの標準概念を満たす2ラウンドプロトコルに変換する方法を提案する。 最後に、(通常の多ラウンドQKDの場合とは対照的に)非相互作用 QKD には絡み合いが必要であること、すなわち、Alice と Bob が送ったメッセージは、プロトコルが永続的に安全であるならば、それぞれの量子メモリとアンタングルできないことを証明したノーゴー定理を証明します。

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