論文の概要: Topological Device-Independent Quantum Key Distribution Using Majorana-Based Qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.11442v1
- Date: Mon, 13 Apr 2026 13:25:22 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-14 20:13:16.557488
- Title: Topological Device-Independent Quantum Key Distribution Using Majorana-Based Qubits
- Title（参考訳）: マヨアナ系量子ビットを用いた位相デバイス独立量子鍵分布
- Authors: Noureldin Mohamed, Saif Al-Kuwari,
- Abstract要約: デバイス非依存の量子鍵分布(DI-QKD)は、観測されたベルの不等式違反を通じて機密性を証明することによって、最高レベルのセキュリティを提供する。
トポロジカルマヨナゼロモード(MZM)プロセッサ上に実装されたDI-QKDの包括的な理論的枠組みを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Device-independent quantum key distribution (DI-QKD) provides the highest level of cryptographic security by certifying secrecy through observed Bell inequality violations, independent of the internal device physics. However, the transition from theory to practice is obstructed by the dual challenge of closing the detection loophole and achieving viable key rates over fiber distances. In this paper, we present a comprehensive theoretical framework for DI-QKD implemented on topological Majorana Zero Mode (MZM) processors. While MZMs offer a native parity-readout basis that simplifies Bell-state measurement, their viability as QKD nodes is fundamentally constrained by the interplay between storage latency and quasiparticle poisoning. We bridge the gap between microscopic hardware noise and macroscopic security by: (i) developing a hardware-native error model that maps MZM-specific processes, including poisoning rates, braid infidelities, and readout anisotropy, directly to the CHSH Bell parameter $S$; (ii) introducing a loss-disciplined protocol that monitors setting-conditional efficiencies to strictly enforce detection-loophole closure in a heralded architecture; and (iii) providing a composable finite-size security proof based on the Entropy Accumulation Theorem (EAT). Our analysis reveals that while topological protection stabilizes the system against calibration drift, the achievable secure distance is strictly bounded by the poisoning-induced visibility collapse during the photonic round-trip time. We identify specific hardware thresholds, particularly the suppression of poisoning rates to $Γ_p τ_{\text{max}} \ll 1$ and high-fidelity sensor integration, as the critical path for viable topological quantum networks.
- Abstract（参考訳）: デバイス非依存の量子鍵分布(DI-QKD)は、内部デバイス物理学とは独立に観測されたベルの不等式違反を通じて機密性を証明し、暗号セキュリティの最高レベルを提供する。
しかし、理論から実践への遷移は、検出の抜け穴を閉じ、ファイバ距離を超えて実行可能なキーレートを達成するという2つの課題によって妨げられている。
本稿では、トポロジカルマヨナゼロモード(MZM)プロセッサ上に実装されたDI-QKDの包括的な理論的枠組みを提案する。
MZMはベル状態測定を単純化するネイティブパリティ読み取りベースを提供するが、QKDノードとしての生存性は、ストレージ遅延と準粒子中毒の相互作用によって根本的に制限される。
我々は、顕微鏡的ハードウェアノイズとマクロ的セキュリティのギャップを橋渡しする。
i)CHSH Bellパラメータ$S$に直接、中毒率、ブレイド不均一性、読み出し異方性を含むMZM固有のプロセスをマッピングするハードウェアネイティブエラーモデルを開発する。
2 密集した建築において、厳格に検出ループホール閉鎖を強制するために、設定条件の効率をモニタする損失規律付きプロトコルを導入すること。
三 エントロピー累積定理(EAT)に基づく構成可能な有限サイズのセキュリティ証明を提供すること。
解析により, トポロジカルプロテクションはキャリブレーションドリフトに対して系を安定化させるが, 到達可能な安全な距離は, フォトニックラウンドトリップ時間における毒による可視的崩壊によって厳密に拘束されることがわかった。
我々は,有望なトポロジカル量子ネットワークにとって重要な経路として,特定のハードウェアしきい値,特に有毒化率の抑制を1ドルと高忠実度センサ統合に限定する。
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