論文の概要: Realistic Threat Models for Fiber and Free-Space Continuous-Variable Quantum Key Distribution

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.06971v1
• Date: Wed, 08 Oct 2025 12:57:15 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-09 16:41:20.498739
• Title: Realistic Threat Models for Fiber and Free-Space Continuous-Variable Quantum Key Distribution
• Title（参考訳）: ファイバーおよび自由空間連続可変量子鍵分布の現実的脅威モデル
• Authors: Zhiyue Zuo, Masoud Ghalaii, Stefano Pirandola,
• Abstract要約: 連続可変量子鍵分布(QKD)は、セキュアな量子通信のための強力な設定を提供する。 CV-QKDプロトコルの達成可能な性能は、損失とノイズの両方に対して脆弱であるように見えるという事実によって制限されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Future global quantum communication networks, or quantum Internet, will realize high-rate secure communication and entanglement distribution for large-scale users over long distances. Continuous variable (CV) quantum key distribution (QKD) provides a powerful setting for secure quantum communications, thanks to the use of room-temperature off-the-shelf optical devices and the potential to reach high rates. However, the achievable performance of CV-QKD protocols is fundamentally limited by the fact that they appear to be fragile to both loss and noise. In this study, we provide a general framework for analyzing the composable finite-size security of CV-QKD with Gaussian-modulated coherent-state protocol (GMCS) under various levels of trust for the loss and noise experienced by the users of the protocol. Our work is comprehensive of several practical scenarios, encompassing both active and passive eavesdropping configurations, with both wired (i.e., fiber-based) and wireless (i.e., free-space and satellite-based) quantum communication channels. Our numerical results evaluate the robustness of the GMCS protocol under varying levels of trust and demonstrate that it is difficult for a practical protocol to remain robust against untrusted loss at the transmitter. In the wireless case, we analyze a scenario with a sun-synchronous satellite, showing that its key distribution rate, even with the worst level of trust, can outperform a ground chain of ideal quantum repeaters. Our results indicate that, when it comes to engineering and optimizing quantum-safe networks, it is essential to mitigate the shortcomings caused by critical trade-offs between rate performance, trust level, system noise, and communication distance.
• Abstract（参考訳）: 将来のグローバルな量子通信ネットワーク、すなわち量子インターネットは、長距離の大規模ユーザに対して、高速でセキュアな通信と絡み合った分散を実現する。 連続変数(CV)量子鍵分布(QKD)は、室温オフザシェルフ光学デバイスの使用と高いレートに到達する可能性により、セキュアな量子通信のための強力な設定を提供する。 しかし、CV-QKDプロトコルの達成可能な性能は、損失とノイズの両方に対して脆弱であるように見えるため、基本的に制限されている。 本研究では,Gussian-modulated Coherent-state Protocol(GMCS)を用いたCV-QKDの構成可能な有限サイズセキュリティを,利用者が経験した損失とノイズに対する様々な信頼の下で解析するための一般的なフレームワークを提供する。 我々の研究は、有線(ファイバーベース)と無線(自由空間および衛星ベース)の量子通信チャネルを用いて、アクティブおよびパッシブな盗聴構成の両方を包含する、いくつかの現実的なシナリオを包含している。 本稿では,GMCSプロトコルの信頼性を信頼性の異なるレベルで評価し,実用的プロトコルが送信機における信頼できない損失に対して頑健に維持することが困難であることを実証した。 無線の場合、太陽同期衛星を用いてシナリオを分析し、最も信頼度が低い場合でも、その鍵分布速度が理想的な量子リピータの基底連鎖より優れていることを示す。 以上の結果から, 量子セーフネットワークの工学的最適化においては, 速度性能, 信頼レベル, システムノイズ, 通信距離の重大なトレードオフに起因する問題点を緩和することが不可欠であることが示唆された。

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