論文の概要: Hong-Ou-Mandel test to verify indistinguishability of the states emitted from a quantum key distribution transmitter implementing decoy Bennett-Brassard 1984 protocol
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.26488v1
- Date: Fri, 27 Mar 2026 14:50:29 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-30 21:49:48.555959
- Title: Hong-Ou-Mandel test to verify indistinguishability of the states emitted from a quantum key distribution transmitter implementing decoy Bennett-Brassard 1984 protocol
- Title（参考訳）: deoy Bennett-Brassard 1984プロトコルを実装した量子鍵分布送信機から放出される状態の不一致性検証のためのHong-Ou-Mandelテスト
- Authors: Toshiya Tajima, Akihisa Tomita, Atsushi Okamoto,
- Abstract要約: 量子鍵分布(QKD)システムは、実装のセキュリティを確保するために、デバイスプロパティの厳密な検証を必要とする。
本報告では,香港・奥羽・マンデル干渉を用いたQKD送信機におけるパルス不一致性試験の実践的手法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3823356975862005
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum Key Distribution (QKD) systems require rigorous verification of device properties to ensure implementation security. A critical requirement is the indistinguishability of transmitted pulses encoded by different modulation patterns, as distinguishability through non-encoded degrees of freedom could enable undetected eavesdropping. We present a practical method for testing pulse indistinguishability in QKD transmitters based on Hong-Ou-Mandel (HOM) interference. We establish the theoretical equivalence between the SWAP test and HOM measurement for characterizing quantum state fidelity, demonstrating that HOM visibility directly relates to the trace of density matrix products for phase-randomized weak coherent pulses. We experimentally validated this approach using a high-speed QKD transmitter implementing the decoy BB84 protocol with time-bin encoding at 1.25 GHz. HOM interference was measured between adjacent pulses prepared in different Bennett-Brassard 1984 states (X0, X1, Y0, Y1) using superconducting nanowire single-photon detectors. The observed HOM visibility was approximately 0.3 across all state combinations, with no statistically significant differences detected. These results confirm that modulation does not compromise pulse indistinguishability in our transmitter. The HOM test provides a practical, quantum-optical method for security certification of QKD systems without requiring assumptions about specific degrees of freedom, using only standard fiber-optic components and single-photon detectors.
- Abstract（参考訳）: 量子鍵分布(QKD)システムは、実装のセキュリティを確保するために、デバイスプロパティの厳密な検証を必要とする。
重要な要件は、異なる変調パターンで符号化された送信パルスの識別不可能である。
香港・奥羽マンデル干渉(HOM)に基づくQKD送信機におけるパルス不一致性試験の実践的手法を提案する。
我々は、SWAP試験とHOM測定の理論的等価性を確立し、HOMの可視性は位相ランダム化弱コヒーレントパルスに対する密度行列生成物のトレースと直接関連していることを示す。
我々は,1.25GHzの時間ビン符号化でデコイBB84プロトコルを実装した高速QKD送信機を用いて,このアプローチを実験的に検証した。
超伝導ナノワイヤ単光子検出器を用いて,1984年ベネット・ブラザード状態(X0, X1, Y0, Y1)で作製した隣接パルス間のHOM干渉を測定した。
HOMの可視性は約0.3であり, 統計的に有意な差は認められなかった。
これらの結果から,変調は送信機のパルス不一致性を損なうものではないことが確認された。
HOMテストは、標準ファイバー光学部品と単光子検出器のみを使用して、特定の自由度に関する仮定を必要とせず、QKDシステムのセキュリティ認証のための実用的な量子光学的手法を提供する。
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