論文の概要: Asymmetry effects in homodyne and heterodyne measurements: Positive operator-valued measures and asymptotic security of Gaussian continuous variable quantum key distribution

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.22591v1
• Date: Sat, 27 Dec 2025 13:36:34 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-30 22:37:30.124929
• Title: Asymmetry effects in homodyne and heterodyne measurements: Positive operator-valued measures and asymptotic security of Gaussian continuous variable quantum key distribution
• Title（参考訳）: ホモダインおよびヘテロダイン測定における非対称性効果:ガウス連続変数量子鍵分布の正の演算子評価測度と漸近的セキュリティ
• Authors: A. S. Naumchik, Roman K. Goncharov, Alexei D. Kiselev,
• Abstract要約: ビームスプリッタの不均衡と光検出器の量子効率の変動から生じる非対称性効果について検討した。 二重ホモダイン検出では、ノイズのない測定は一般的にプロジェクターから圧縮状態に表現されるべきであることが判明した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0695155813793092
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We use the Gaussian approximation describing photocount statistics for both the homodyne and the double homodyne (heterodyne) measurements to study asymmetry effects arising from imbalance of the beam splitters and variations in quantum efficiencies of the photodetectors. After computing the $Q$ symbols of the positive operator-valued measures (POVMs) of noisy measurements that take into account the asymmetry effects, the operator representations for the POVMs are obtained in the form that assumes applying the additive noise quantum channel to the POVMs of noiseless (ideal) measurements. For double homodyne detection, it was found that the noiseless measurements should generally be expressed in terms of the projectors onto squeezed-states and the corresponding squeezed-state operator representation of POVM along with the measurement noise channel depend on the squeezing parameter that lies in the interval dictated by the condition for the excess noise covariance matrix to be positive semi-definite. The analytical results are used to perform analysis of the asymptotic security of the Gaussian-modulated continuous variable quantum key distribution (CV-QKD) protocol in the untrusted-noise scenario where the measurement noise is assumed to be accessible to an adversary. The inherent non-uniqueness of the operator representation for the double-homodyne POVM manifests itself in the squeezing dependent Holevo information that needs to be additionally optimized. For both types of the measurements, the mutual information, the Holevo information and the asymptotic secret fraction are sensitive to asymmetry effects leading to degraded performance of the protocol.
• Abstract（参考訳）: 我々は、ホモダインと二重ホモダイン(ヘテロダイン)の測定の両方の光数統計を記述するガウス近似を用いて、ビームスプリッタの不均衡と光検出器の量子効率のばらつきから生じる非対称性効果を研究する。 非対称性効果を考慮に入れた雑音測定の正の演算子評価測度(POVM)の$Q$記号を計算した後、POVMの演算子表現は、雑音(理想)測定のPOVMに加算雑音量子チャネルを適用することを仮定する形で得られる。 二重ホモダイン検出では, 余剰ノイズ共分散行列が正の半定値となる条件で予測される区間内にあるスクイーズパラメータに依存するため, プロジェクタを圧縮状態に向け, 対応するPOVMの圧縮状態演算子表現を用いて, 一般にノイズレス測定を表現すべきであることがわかった。 解析結果を用いて, ガウス変調連続可変量子鍵分布(CV-QKD)プロトコルの漸近セキュリティの解析を行った。 ダブルホモジンPOVMの演算子表現の固有の非特異性は、追加で最適化する必要がある依存するホレボ情報に自分自身が現れる。 両タイプの測定では、相互情報、ホレボ情報、漸近的秘密分画は、プロトコルの劣化性能につながる非対称性の影響に敏感である。

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