論文の概要: Robust quantum key distribution with imperfections in state preparation and characterization

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.11438v1
• Date: Thu, 08 Oct 2026 08:00:08 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-10 02:36:53.878441
• Title: Robust quantum key distribution with imperfections in state preparation and characterization
• Title（参考訳）: 状態準備における不完全性をもつロバスト量子鍵分布と特性評価
• Abstract要約: 量子鍵分布(QKD)は、量子力学の原理に基づいて、量子チャネル上のセキュアな通信のためのアプローチを提供する。 本研究では,変調空間における不完全性に関する実践シナリオにおいて,QKDの包括的セキュリティ解析を行う。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.731253156156706
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
• Abstract: Quantum key distribution (QKD) offers an approach for secure communication over quantum channels, based on the principles of quantum mechanics. However, the inevitable imperfections in QKD systems can introduce critical vulnerabilities, posing significant challenges to the deployment of QKD in terms of both practical security and performance. In this work, we present a comprehensive security analysis of QKD in the practical scenarios involving imperfections in modulation spaces. Specifically, our analysis focuses on the imperfections related to encoding, intensity modulation, and their characterization. We provide a unified framework based on the operator dominance method to overcome these issues and achieve a tight estimation of the secret key rate (SKR). The simulation results show that the SKR in practical scenarios, with parameters characterized from commercial QKD systems, closely matches the SKR under ideal conditions. In the finite case, the maximum transmission distance can reach up to 250 km with total pulse number $N=10^{12}$ and the SKR closely approaches the asymptotic limit up to 250 km with $N=10^{14}$. This validates the robustness of our method against imperfections in state preparation and characterization. Furthermore, the feasibility and robustness of method in measurement-device-independent (MDI) QKD have also been demonstrated. Our analysis not only promotes advancements in enhancing practical security and performance but also highlights the feasibility of deploying QKD for actual applications.
• Abstract（参考訳）: 量子鍵分布(QKD)は、量子力学の原理に基づいて、量子チャネル上のセキュアな通信のためのアプローチを提供する。 しかし、QKDシステムにおける必然的な欠陥は重大な脆弱性を導入し、実用的セキュリティとパフォーマンスの両方の観点から、QKDのデプロイに重大な課題をもたらす可能性がある。 本研究では,変調空間における不完全性に関する実践シナリオにおいて,QKDの包括的セキュリティ解析を行う。 具体的には、符号化、強度変調およびそれらの特性に関する不完全性に焦点を当てる。 これらの問題を克服し、秘密鍵レート(SKR)の厳密な推定を実現するために、演算子支配法に基づく統一されたフレームワークを提供する。 シミュレーションの結果,実用シナリオにおけるSKRは,商用QKDシステムで特徴づけられるパラメータを持ち,理想的な条件下でのSKRと密に一致していることがわかった。 有限の場合、最大送信距離は総パルス数$N=10^{12}$で最大250kmに達し、SKRは最大250kmまで近づき、$N=10^{14}$となる。 これにより, 状態調製およびキャラクタリゼーションにおける不完全性に対する本手法の堅牢性を検証することができる。 さらに,測定デバイス非依存(MDI)QKDにおける手法の有効性とロバスト性を実証した。 我々の分析は、実用的セキュリティと性能向上の進歩を促進するだけでなく、実際のアプリケーションにQKDをデプロイする可能性も強調している。

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