論文の概要: A Bell-State Extension of Loop-Back Quantum Key Distribution
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.09723v1
- Date: Mon, 08 Jun 2026 16:46:22 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-09 14:42:07.567535
- Title: A Bell-State Extension of Loop-Back Quantum Key Distribution
- Title（参考訳）: ループバック量子鍵分布のベル状態拡張
- Authors: Luis Adrián Lizama-Pérez,
- Abstract要約: 本稿では,Loop-Back QKDアーキテクチャのベル状態拡張について述べる。
測定不要な遠隔端末の定義特性を保ちながら、効率と検出性を向上させる。
- 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: Bidirectional quantum key distribution (QKD) protocols face persistent challenges related to classical disclosure, confinement of the signal space to predictable subspaces, and limited detectability under substitution or entanglement-swapping attacks. In this work, we present a Bell-state extension of the Loop-Back QKD architecture that improves efficiency and detectability while preserving its defining feature of a simplified, measurement-free remote terminal. The protocol employs entangled Bell states together with deterministic local Pauli encoding at the remote node. A central element is that Alice privately prepares and knows the initial Bell state, which serves as a hidden reference enabling her to interpret the Bell-state transition induced by Bob, while preventing an adversary from reconstructing the encoding without access to this reference. By exploiting both intra- and inter-family Bell transitions, the scheme expands the effective signal space beyond the subspace restrictions of earlier two-way protocols. Alice performs a Bell-state measurement to deterministically infer Bob's operation without any basis sifting. Although the traveling subsystem remains locally maximally mixed, concealing the initial Bell family amplifies disturbance under separable substitution strategies, yielding an intrinsic detection probability of approximately 3/4 per round. From an efficiency perspective, the protocol lifts the intrinsic post-selection limitation of single-qubit Loop-Back schemes: the effective throughput is bounded only by the Bell-state measurement success probability, reaching up to 50% in linear-optical implementations. These features make the proposed scheme particularly suitable for mobile or edge-based QKD scenarios, where passive remote nodes must operate under high loss and limited interaction times.
- Abstract（参考訳）: 双方向量子鍵分布(QKD)プロトコルは、古典的な開示、予測可能な部分空間への信号空間の制限、置換や絡み込みスワッピング攻撃による検出可能性の制限など、永続的な課題に直面している。
本研究では,ループバック型QKDアーキテクチャのベル状態拡張について述べる。
このプロトコルでは、絡み合ったベル状態と、リモートノードでの決定論的ローカルパウリエンコーディングが採用されている。
中心的な要素は、アリスが秘密の参照として、ボブによって引き起こされたベル状態の遷移を解釈し、敵対者がこの参照にアクセスせずにエンコーディングを再構築することを防ぎながら、ベル状態の状態をプライベートに準備し、知っていることである。
このスキームは、家族内および家族間の両方のベル遷移を利用することで、以前の2方向プロトコルのサブスペース制限を超えた効果的な信号空間を拡大する。
AliceはBobの動作を決定論的に推測するためにBell状態測定を行う。
走行サブシステムは局所的に最大混合されるが、初期ベルファミリーは分離可能な置換戦略の下で乱れを増幅し、1ラウンドあたりの固有検出確率は約3/4となる。
効率的なスループットはベル状態の測定成功確率によってのみ制限され、線形光学実装で最大50%に達する。
これらの特徴により、提案手法はモバイルやエッジベースのQKDシナリオに特に適しており、受動的リモートノードは高い損失と限られた相互作用時間で動作しなければならない。
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