論文の概要: Strengthening security and noise resistance in one-way quantum key distribution protocols through hypercube-based quantum walks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.23261v1
• Date: Thu, 26 Feb 2026 17:35:53 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-27 18:41:22.8166
• Title: Strengthening security and noise resistance in one-way quantum key distribution protocols through hypercube-based quantum walks
• Title（参考訳）: ハイパーキューブ型量子ウォークによる一方向量子鍵分配プロトコルのセキュリティ強化と耐雑音性
• Authors: David Polzoni, Tommaso Bianchi, Mauro Conti,
• Abstract要約: 量子鍵分配(Quantum Key Distribution, QKD)は、情報理論のセキュリティを保証する暗号プロトコルである。 近年、離散時間量子ウォーク(QW)を用いてQKDスキームを強化する研究が進められている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 18.58925264895002
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Quantum Key Distribution (QKD) is a foundational cryptographic protocol that ensures information-theoretic security. However, classical protocols such as BB84, though favored for their simplicity, offer limited resistance to eavesdropping, and perform poorly under realistic noise conditions. Recent research has explored the use of discrete-time Quantum Walks (QWs) to enhance QKD schemes. In this work, we specifically focus on a one-way QKD protocol, where security depends exclusively on the underlying Quantum Walk (QW) topology, rather than the details of the protocol itself. Our paper introduces a novel protocol based on QWs over a hypercube topology and demonstrates that, under identical parameters, it provides significantly enhanced security and noise resistance compared to the circular topology (i.e., state-of-the-art), thereby strengthening protection against eavesdropping. Furthermore, we introduce an efficient and extensible simulation framework for one-way QKD protocols based on QWs, supporting both circular and hypercube topologies. Implemented with IBM's software development kit for quantum computing (i.e., Qiskit), our toolkit enables noise-aware analysis under realistic noise models. To support reproducibility and future developments, we release our entire simulation framework as open-source. This contribution establishes a foundation for the design of topology-aware QKD protocols that combine enhanced noise tolerance with topologically driven security.
• Abstract（参考訳）: 量子鍵分配(Quantum Key Distribution, QKD)は、情報理論のセキュリティを保証する基礎となる暗号プロトコルである。 しかし、BB84のような古典的なプロトコルは単純さを好んでおり、盗聴に対する抵抗は限られており、現実的な雑音条件下では性能が劣っている。 近年、離散時間量子ウォーク(QW)を用いてQKDスキームを強化する研究が進められている。 本研究では、セキュリティがプロトコルの詳細ではなく、基礎となる量子ウォーク(QW)トポロジにのみ依存するワンウェイQKDプロトコルに焦点を当てる。 本稿では, ハイパーキューブトポロジ上のQWに基づく新しいプロトコルを提案し, 同一パラメータの下では, 円形トポロジ(すなわち最先端技術)と比較して, セキュリティと耐雑音性を著しく向上し, 盗難防止の強化を図っている。 さらに,QWに基づく一方向QKDプロトコルの効率的かつ拡張可能なシミュレーションフレームワークを導入し,円形およびハイパーキューブのトポロジをサポートする。 IBM の量子コンピューティング用ソフトウェア開発キット (Qiskit など) を実装すれば,本ツールキットは現実的なノイズモデル下でのノイズ認識分析を可能にする。 再現性と今後の発展をサポートするため,我々はシミュレーションフレームワーク全体をオープンソースとして公開します。 この貢献は、耐雑音性とトポロジ的に駆動されるセキュリティを組み合わせたトポロジ対応QKDプロトコルの設計の基礎を確立する。

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