論文の概要: Noise Resilient 1SDIQKD for Practical Quantum Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.00916v1
• Date: Sat, 31 Jan 2026 21:59:39 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-03 19:28:33.465176
• Title: Noise Resilient 1SDIQKD for Practical Quantum Networks
• Title（参考訳）: 実用量子ネットワークのための耐雑音性1SDIQKD
• Authors: Syed M Arslan, Muhammad T Rahim, Asad Ali, Hashir Kuniyil, Saif Al Kuwari,
• Abstract要約: 片側デバイス非依存量子鍵分布(1-QKD)は、完全なデバイス非依存プロトコルと標準QKDとの間の実践的な中間層を提供する。 1-QKDフレームワークを拡張して、振幅減衰、デフォーカス、ノイズの脱分極を行い、キーレートと効率要求に対する影響を定量化する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9590956574213351
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: One-sided device-independent quantum key distribution (1SDI-QKD) offers a practical middle ground between fully device-independent protocols and standard QKD, achieving security with detection efficiencies as low as 50.1\% on the untrusted side. However, prior analyses assumed idealized channels, neglecting realistic noise sources. We extend the 1SDI-QKD framework to include amplitude damping, dephasing, and depolarizing noise, quantifying their impact on secure key rates and efficiency requirements. Our results reveal a clear noise hierarchy: dephasing is most tolerable (secure keys achievable at 70\% efficiency with 30\% noise), while amplitude damping and depolarizing noise dramatically elevate requirements to over 90\%. Crucially, we find that security is lost while substantial entanglement remains (concurrence $C \approx 0.7$--$0.8$), demonstrating that steering violation, not merely entanglement, determines 1SDI-QKD security. To mitigate noise effects, we integrate the BBPSSW entanglement purification protocol, showing that 2--4 rounds can restore positive key rates in otherwise insecure regimes. Our resource overhead analysis reveals that effective key rates peak at moderate purification depths; excessive rounds become counterproductive. These findings establish practical boundaries for deploying 1SDI-QKD over metropolitan-scale quantum networks.
• Abstract（参考訳）: 片側デバイス非依存量子鍵分布(1SDI-QKD)は、完全なデバイス非依存プロトコルと標準QKDとの間の実践的な中間層を提供し、信頼できない側で50.1\%以下の検出効率でセキュリティを実現する。 しかし、先行分析では、現実的なノイズ源を無視した理想的なチャネルが想定されていた。 我々は1SDI-QKDフレームワークを拡張して、振幅減衰、減音、偏極ノイズを包含し、鍵レートと効率要求への影響を定量化する。 以上の結果から, 減音は耐音性が最も高いこと, 振幅減衰と脱分極ノイズが90倍以上の要求を劇的に高めること, などの明らかなノイズ階層が明らかになった。 重要なことに、かなりの絡み合いが残っている間にセキュリティが失われていること(Concurrence $C \approx 0.7$-$0.8$)は、ステアリング違反は単なる絡み合いではなく、1SDI-QKDセキュリティを決定することを証明している。 ノイズ効果を軽減するため,BBPSSWエンタングルメント浄化プロトコルを統合し,安全でない状況下では2-4ラウンドで正の鍵レートを回復できることを示す。 資源オーバーヘッド分析の結果, 有効鍵レートは適度な精製深度でピークに達し, 過剰なラウンドは非生産的になることがわかった。 これらの結果は、大都市圏の量子ネットワーク上で1SDI-QKDをデプロイするための実用的な境界を確立する。

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