[論文レビュー] Continuous variable one-sided device independent quantum key distribution

Nathan Walk, Howard M. Wiseman+1 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2014

Quantum Computing Algorithms and Architecture参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、連続変数領域におけるエントロピー的不確実性関係を用いて、連続変数量子鍵配送における秘密鍵レートの上限を導出する。これにより、片側デバイス非依存性を達成し、唯一の信頼できるデバイスを用いても安全な鍵交換が可能になる。この手法は、現行技術で実現可能であり、実際のチャネルを介しても、コherent状態のみを用いるプロトコルに対しても適用可能である。

ABSTRACT

By extending recently developed entropic uncertainty relations in the continuous variable regime we derive bounds upon the secret key rate of Gaussian modulated continuous variable quantum key distribution protocols in the limit of long key length. For several protocols the bounds obtained in this manner can be shown to be one sided device independent, including a protocol that uses only coherent states. Though the derived uncertainty relation is not tight, and neither are the subsequent key rates, we find that one-sided device independent schemes are experimentally achievable with existing technology for transmission over realistic channels.

研究の動機と目的

• 量子鍵配送のための連続変数領域におけるエントロピー的不確実性関係の拡張。
• 長鍵長の極限におけるガウス変調CV-QKDプロトコルの秘密鍵レートに対する実用的上限の導出。
• コherent状態のみを用いるプロトコルを含む、複数のCV-QKDプロトコルにおける片側デバイス非依存性の確立。
• 現行の実験技術を用いた片側デバイス非依存型スキームの実現可能性の検証。
• 損失を伴う実際の量子チャネルを想定した環境下でのプロトコル性能の分析。

提案手法

• 連続変数に特化した最近開発されたエントロピー的不確実性関係を活用する。
• これらの関係を用いて、ガウス変調CV-QKDプロトコルにおける測定結果の不確実性を制約する。
• 片側デバイス非依存性を可能にするために、信頼できるデバイス（例：送信者）を仮定したもとで秘密鍵レートの上限を導出する。
• 分析を簡略化し、実用性を高めるために、長鍵長の漸近的極限を考慮する。
• コherent状態を用いるプロトコルの境界を評価し、片側デバイス非依存性との整合性を示す。
• 損失や雑音を含む現実的なチャネル条件下での導出境界のロバストネスを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 連続変数領域におけるエントロピー的不確実性関係は、CV-QKDにおける意味のある秘密鍵レートの上限を導出するために用いられるか。
• RQ2 ガウス変調CV-QKDプロトコルにおいて、片側デバイス非依存性はどの程度達成可能か。
• RQ3 導出された秘密鍵レートの上限は、実験的に関連性を持つほどタイトか。
• RQ4 コherent状態のみを用いるプロトコルは、現実的なチャネル条件下でも片側デバイス非依存性を達成できるか。
• RQ5 現行技術を用いて、片側デバイス非依存型CV-QKDを実装することは実用的に可能か。

主な発見

• 導出された秘密鍵レートの上限は、片側デバイス非依存性を有しており、送信者など、唯一の当事者（例：送信者）のみを信頼すればよいことを意味する。
• この手法は、コherent状態のみを用いるプロトコルを含む、複数のCV-QKDプロトコルに適用可能である。
• エントロピー的不確実性関係およびそれによって導かれる鍵レートはタイトではないが、実験的に関連性を有する。
• これらのスキームは、現行技術で実現可能であり、特に損失を伴う実際の量子チャネルを想定した状況でも有効である。
• 結果として、片側デバイス非依存型CV-QKDは、完全なデバイス非依存性がなくても、実際の応用において達成可能であることが示された。