論文の概要: Scalable Quantum Key Distribution via GHZ Entanglement and Qubit Reuse
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.21667v1
- Date: Fri, 21 Aug 2026 22:15:31 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-25 13:29:43.368307
- Title: Scalable Quantum Key Distribution via GHZ Entanglement and Qubit Reuse
- Title（参考訳）: GHZエンタングルメントとビット再利用によるスケーラブル量子鍵分布
- Abstract要約: 従来の量子鍵分布(QKD)は、鍵の長さに比例する量子ビットの伝送を必要とする。
本稿では,量子チャネル上で送信される量子ビット数を削減できる多量子グリーンバーガー-ホーネ-ザイリンガー(GHZ)状態ベースのQKDスキームを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.5899040911480182
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Conventional Quantum Key Distribution (QKD) requires the transmission of qubits proportional to or exceeding the length of the key, as protocols such as BB84 transmit more qubits than the final key size due to basis sifting and privacy amplification. Since quantum networks are still in their infancy and have limited capacity, this overhead puts significant pressure on network resources. To address this issue, we propose a Multi-Qubit Greenberger--Horne--Zeilinger (GHZ) State-based QKD scheme that reduces the number of qubits transmitted over the quantum channel. The proposed method transmits one GHZ qubit between endpoints and reuses the resulting entanglement to convey multiple classical key bits with the help of Quantum Non-Demolition (QND) measurements. Under the stated assumptions on authenticated classical communication, local reset verification, and bounded-error QND discrimination, one can transfer $L$ classical bits by generating an (L+1)-qubit GHZ state and transferring one qubit to the remote party. We verify correctness using the NetSquid quantum network simulator: the protocol achieves 100\% raw-key fidelity for keys of length up to 12 bits under both ideal conditions and depolarizing noise up to p = 0.005 per round. We further show that the proposed QKD algorithm can be extended to multi-party QKD and server-client deployment. The proposed scheme offers a transmitted-qubit-efficient, noise-tolerant alternative for bandwidth-limited quantum networks.
- Abstract（参考訳）: 従来の量子鍵分布(QKD)では、鍵の長さに比例する量子ビットの伝送が必要であり、BB84のようなプロトコルは、基本サイズとプライバシーの増幅により、最終的な鍵サイズよりも多くの量子ビットを伝送する。
量子ネットワークはまだ初期段階であり、容量が限られているため、このオーバーヘッドはネットワークリソースに大きなプレッシャーを与える。
この問題に対処するために,量子チャネル上で送信される量子ビット数を削減した多量子グリーンバーガー-ホーネ-ザイリンガー(GHZ)状態ベースのQKDスキームを提案する。
提案手法は、1つのGHZ量子ビットをエンドポイント間で送信し、量子非復調(QND)測定の助けを借りて複数の古典的鍵ビットを伝送するエンタングルメントを再利用する。
認証された古典的通信、局所リセット検証、および有界エラーQND識別に関する仮定の下で、(L+1)-量子GHZ状態を生成し、一方の量子ビットをリモートパーティに転送することで、$L$古典的ビットを転送することができる。
我々はNetSquid量子ネットワークシミュレータを用いて、理想的な条件下では最大12ビットのキーに対して100\%の生鍵忠実性を達成し、1ラウンドあたりのノイズを最大0.005まで分極する。
さらに,提案したQKDアルゴリズムは,マルチパーティQKDとサーバクライアントデプロイメントに拡張可能であることを示す。
提案方式は、帯域幅制限量子ネットワークに対して、伝送量子ビット効率、耐雑音性のある代替手段を提供する。
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