論文の概要: Quantum Bit Error Rate Analysis in BB84 Quantum Key Distribution: Measurement, Statistical Estimation, and Eavesdropping Detection
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.27278v1
- Date: Sat, 28 Mar 2026 14:19:41 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-31 23:18:44.878935
- Title: Quantum Bit Error Rate Analysis in BB84 Quantum Key Distribution: Measurement, Statistical Estimation, and Eavesdropping Detection
- Title（参考訳）: BB84量子鍵分布における量子ビット誤り率解析:測定,統計的推定,盗聴検出
- Authors: Jaydeep Rath, Prajwal Panth, P. S. N. Bhaskar,
- Abstract要約: 量子鍵分布(QKD)は、量子力学の原理を利用して情報理論のセキュリティを提供する。
QKDプロトコルの中で、BB84スキームは理論研究と実践的な実装の両方において最も広く採用されている。
BB84の信頼性とセキュリティを決定する重要なパラメータはQuantum Bit Error Rate(QBER)である。
本稿では,BB84プロトコルにおけるQBERの体系的レビューと解析を行い,その計算,統計的推定方法,および盗聴活動の検出における役割について検討する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum Key Distribution (QKD) provides information-theoretic security by exploiting the principles of quantum mechanics. Among QKD protocols, the BB84 scheme remains the most widely adopted for both theoretical research and practical implementation. A critical parameter determining the reliability and security of BB84 is the Quantum Bit Error Rate (QBER), which quantifies errors in the sifted key arising from channel noise or potential eavesdropping. This paper presents a systematic review and analysis of QBER within the BB84 protocol, examining its calculation, statistical estimation methods, and role in detecting eavesdropping activity. Simulation results, corroborated by reported experimental observations, reveal a near-linear relationship between eavesdropping intensity and QBER, with values approaching 25% under full intercept-resend attacks. Four confidence interval estimation methods, Wald, Wilson, Clopper-Pearson, and Hoeffding's inequality, are compared for robust QBER analysis in finite-key scenarios. Protocol enhancements, including decoy-state methods, hybrid cryptographic models, and quantum-resistant authentication, are discussed as mechanisms to mitigate errors and strengthen resilience across fiber, free-space, underwater, and satellite QKD systems. Open challenges in distinguishing noise-induced errors from malicious eavesdropping, and the role of adaptive error correction and machine-learning-assisted QBER estimation in future quantum networks, are identified as key directions for further research.
- Abstract（参考訳）: 量子鍵分布(QKD)は、量子力学の原理を利用して情報理論のセキュリティを提供する。
QKDプロトコルの中で、BB84スキームは理論研究と実践的な実装の両方において最も広く採用されている。
BB84の信頼性とセキュリティを決定する重要なパラメータはQuantum Bit Error Rate(QBER)である。
本稿では,BB84プロトコルにおけるQBERの体系的レビューと解析を行い,その計算,統計的推定方法,および盗聴活動の検出における役割について検討する。
シミュレーションの結果は、報告された実験結果と相関して、盗聴強度とQBERのほぼ直線的な関係が明らかとなり、その値は完全な傍受攻撃で25%に近づいた。
Wald, Wilson, Clopper-Pearson, Hoeffdingの不等式という4つの信頼区間推定法を有限キーシナリオにおける堅牢QBER解析と比較した。
デコイ状態法、ハイブリッド暗号モデル、量子耐性認証を含むプロトコル拡張は、エラーを軽減し、ファイバ、自由空間、水中、衛星QKDシステム間のレジリエンスを強化するメカニズムとして議論されている。
悪質な盗聴からノイズによる誤りを識別するオープンな課題と、将来の量子ネットワークにおける適応的誤り訂正と機械学習支援QBER推定の役割は、さらなる研究の鍵となる方向として特定される。
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