論文の概要: Twin-Field Quantum Key Distribution: Protocols, Security, and Open Problems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.26320v1
• Date: Thu, 30 Oct 2025 10:14:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-31 16:05:09.750921
• Title: Twin-Field Quantum Key Distribution: Protocols, Security, and Open Problems
• Title（参考訳）: ツインフィールド量子鍵分布:プロトコル,セキュリティ,オープン問題
• Authors: Syed M. Arslan, Syed Shahmir, Noureldin Mohammad, Saif Al-Kuwari, Muataz Alhussein,
• Abstract要約: Twin-Field Quantum Key Distribution (TF-QKD) は、長距離セキュア通信のための潜在的なプロトコルとして登場した。 TF-QKDは、位相符号化された弱コヒーレントパルスを信頼できない中心ノードに送信することで、単一光子干渉を利用してチャネル長の平方根として秘密鍵レートのスケーリングを実現する。 本調査では、TF-QKDに関する包括的調査を行い、元のプロトコル、基本原則、キーレートの導出について紹介する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Twin-Field Quantum Key Distribution (TF-QKD) has emerged as a potential protocol for long distance secure communication, overcoming the rate-distance limitations of conventional quantum key distribution without requiring trusted repeaters. By having two parties transmit phase encoded weak coherent pulses (WCP) to an untrusted central node, the TF-QKD exploits single-photon interference to achieve secret key rates scaling as square-root of channel length, enabling quantum-secured communication over unprecedented distances. This survey provides a comprehensive survey of TF-QKD, covering the original protocol, its fundamental principles, and key-rate derivation. We discuss major TF-QKD variants, including Phase-Matching QKD and Sending-or-Not-Sending QKD, with various improved versions. We compare their performance, implementation trade-offs, protocol-specific vulnerabilities, and countermeasures. The survey summarizes security proofs ranging from asymptotic decoy-state analyses to finite-key composable frameworks, experimental milestones, technological enablers, and practical deployment challenges. Finally, we outline open problems in the field and present a roadmap for integrating TF-QKD into scalable quantum networks, underscoring its central role in the future quantum internet.
• Abstract（参考訳）: Twin-Field Quantum Key Distribution (TF-QKD) は、従来の量子鍵分布の速度-距離制限を克服し、信頼できるリピータを必要としない、長距離安全な通信のための潜在的なプロトコルとして登場した。 TF-QKDは、位相符号化された弱コヒーレントパルス(WCP)を信頼できない中心ノードに送信することで、単一光子干渉を利用してチャネル長の平方根として秘密鍵レートをスケーリングし、前例のない距離で量子セキュアな通信を可能にする。 本調査では、TF-QKDに関する包括的調査を行い、元のプロトコル、基本原則、キーレートの導出について紹介する。 本稿では, TF-QKD の相整合 QKD や Sending-or-Not-Sending QKD など,様々な改良版について論じる。 パフォーマンス、実装トレードオフ、プロトコル固有の脆弱性、対策を比較します。 この調査では、漸近的なデコイ状態の分析から有限キー構成可能なフレームワーク、実験的なマイルストーン、技術的イネーブラー、実践的なデプロイメント課題まで、セキュリティ証明を要約している。 最後に、この分野におけるオープンな問題を概説し、TF-QKDをスケーラブルな量子ネットワークに統合するためのロードマップを示し、将来の量子インターネットにおけるその中心的な役割を浮き彫りにする。

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