論文の概要: Discrete-modulated continuous-variable quantum key distribution with uncertainty principle

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.20840v1
• Date: Thu, 23 Jul 2026 02:02:53 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-24 18:26:25.259633
• Title: Discrete-modulated continuous-variable quantum key distribution with uncertainty principle
• Title（参考訳）: 不確実性原理を持つ離散変調連続可変量子鍵分布
• Abstract要約: 連続可変量子鍵分布は、スケーラブルな量子ネットワークのための魅力的なフレームワークである。 離散変調の現在のセキュリティ証明は半定値プログラミングに依存している。 我々は,ハイゼンベルクの不確実性原理に根ざしたアプローチを優先して,半定値プログラミングを阻害するセキュリティフレームワークを開発する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.285976913043107
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Continuous-variable quantum key distribution is a compelling framework for scalable quantum networks due to its seamless integration with existing optical communication infrastructure. However, a fundamental gap persists between theoretical protocols requiring ideal Gaussian modulation and the constrained, discrete-modulated signals dictated by practical high-speed hardware. Current security proofs for discrete modulation rely on semidefinite programming, which suffers from prohibitive computational overhead for high-order constellations and lacks direct physical insight into non-Gaussian modulation.In this Letter, we overcome this limitation by developing a security framework that obviates semidefinite programming in favor of an approach grounded fundamentally in the Heisenberg uncertainty principle. By introducing a multi-mode entanglement-source model to characterize non-Gaussian state preparation, we establish an explicit mapping between constellation geometry and the secret key rate. This framework effectively quantifies the security implications of hardware-limited, finite state preparation, enabling both numerical and analytical security analysis under high-order constellations. We experimentally validate our method on both discrete-component and integrated photonic platforms, demonstrating that a quadrature amplitude modulation format with 256 constellation points can asymptotically approach the Gaussian capacity limit. Beyond quantum key distribution, the principle of tightening uncertainty-constrained bounds via source-mode expansion offers a paradigm for exploring the information-theoretic properties of complex non-Gaussian systems.
• Abstract（参考訳）: 連続可変量子鍵分布は、既存の光通信インフラとのシームレスな統合のため、スケーラブルな量子ネットワークにとって魅力的なフレームワークである。 しかし、理想ガウス変調を必要とする理論的プロトコルと、実用的な高速ハードウェアによって規定される制約付き離散変調信号の間には、基本的なギャップが持続する。 離散変調の現在のセキュリティ証明は半定値プログラミングに依存しており、これは高次星座の計算オーバーヘッドが禁止され、非ガウス変調の直接的な物理的洞察が欠如しているため、この制限を克服するために、半定値プログラミングを回避し、ハイゼンベルクの不確実性原理に根ざしたアプローチを支持するセキュリティフレームワークを開発する。 非ガウス状態の準備を特徴付けるための多モード絡み合わせモデルを導入することにより、星座幾何学と秘密鍵レートとの明示的なマッピングを確立する。 このフレームワークは、ハードウェア限定有限状態準備のセキュリティへの影響を効果的に定量化し、高次星座における数値的および解析的セキュリティ解析を可能にする。 本手法を離散成分および集積フォトニックプラットフォーム上で実験的に検証し,256個のコンステレーション点を持つ2次振幅変調形式がガウス容量限界に漸近的に接近できることを実証した。 量子鍵分布以外にも、ソースモード展開による不確実性制約境界の締め付けの原理は、複雑な非ガウス系の情報理論的性質を探求するためのパラダイムを提供する。

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