論文の概要: Loss-Tolerant Measurement-Device-Independent QKD over Untrusted Repeaters via High-Dimensional Time-Bin Multiplexing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.20148v1
• Date: Wed, 14 Oct 2026 13:08:26 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-15 21:06:16.164254
• Title: Loss-Tolerant Measurement-Device-Independent QKD over Untrusted Repeaters via High-Dimensional Time-Bin Multiplexing
• Title（参考訳）: 高次元時間ビン多重化による非信頼リピータ上の損失耐性測定-デバイス非依存QKD
• Abstract要約: 損失耐性測定デバイス非依存量子鍵分布(MDI-QKD)プロトコルを提案する。 窒素空孔(NV)中心に格納された局所量子ビットに絡み合った時間ビン多重単一光子を用いる。 このプロトコルは中間ノードを信頼せずに安全であることが証明され、信頼できないリピータを持つ量子ネットワークに適している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.771165204251612
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We propose a loss-tolerant measurement-device-independent quantum key distribution (MDI-QKD) protocol using time-bin-multiplexed single photons entangled with local qubits stored in nitrogen-vacancy (NV) centers. In each round, Alice and Bob each send a single multiplexed photon to an untrusted intermediary, Charlie. Each photon first becomes entangled with Charlie's NV-center qubits; Charlie then performs entanglement swapping between his NV qubits to establish EPR pairs between Alice's and Bob's local qubits. With $d$ time bins per photon, $\log_2 d + 1$ EPR pairs can be generated per transmitted photon, substantially increasing the probability of EPR-pair creation under limited channel bandwidth. To further mitigate the effects of prolonged memory storage, the protocol employs a memory-insensitive (MI) architecture, where multiple banks of qubits and multiplexed photon routing reduce the effective memory lifetime requirements. This approach enhances loss tolerance, enabling higher secret key rates and secure key distribution over longer distances compared to conventional single-photon protocols. Using the Lo-Chau EPR-QKD framework and Shor-Preskill reduction, we prove that the protocol is secure without trusting intermediate nodes, making it suitable for quantum networks with untrusted repeaters.
• Abstract（参考訳）: 窒素空孔(NV)中心に格納された局所量子ビットに絡み合った時間ビン多重化単一光子を用いた損失耐性測定デバイス非依存量子鍵分布(MDI-QKD)プロトコルを提案する。 各ラウンドでアリスとボブは、信頼できない仲介人チャーリーに1つの多重光子を送る。 各光子はまずチャーリーのNV中心量子ビットと絡み合うようになり、チャーリーは自身のNV量子ビット間の絡み合い交換を行い、アリスとボブの局所量子ビット間のEPRペアを確立する。 光子当たりの$d$時間ビンでは、送信された光子毎に$\log_2 d + 1$ EPRペアを生成でき、チャネル帯域幅が制限された状態でのEPRペア生成の確率を大幅に高める。 長期記憶ストレージの効果をさらに緩和するため、このプロトコルでは、複数のキュービットと多重光子ルーティングが有効メモリ寿命を減少させるメモリ非感受性(MI)アーキテクチャを採用している。 このアプローチにより損失耐性が向上し、従来の単一光子プロトコルと比較して秘密鍵レートが高くなり、より長い距離で鍵分布が確保される。 Lo-Chau EPR-QKDフレームワークとShor-Preskillリダクションを用いて、中間ノードを信頼せずにプロトコルがセキュアであることを証明する。

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