[論文レビュー] Device-independent quantum key distribution

Esther Hänggi|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2010

Quantum Information and Cryptography被引用数 17

ひとこと要約

本稿は、非信号敵対者と量子実現可能な相関の2つの異なる枠組みの下で、装置に依存しない量子鍵配送（DIQKD）を確立する。非信号制約と可換測定に依存する一般的な証明枠組みを用いて、安全な鍵抽出が可能であることを示しており、デバイスの詳細やヒルベルト空間次元に対する信頼を必要としない。

ABSTRACT

In this thesis, we study two approaches to achieve device-independent quantum key distribution: in the first approach, the adversary can distribute any system to the honest parties that cannot be used to communicate between the three of them, i.e., it must be non-signalling. In the second approach, we limit the adversary to strategies which can be implemented using quantum physics. For both approaches, we show how device-independent quantum key distribution can be achieved when imposing an additional condition. In the non-signalling case this additional requirement is that communication is impossible between all pairwise subsystems of the honest parties, while, in the quantum case, we demand that measurements on different subsystems must commute. We give a generic security proof for device-independent quantum key distribution in these cases and apply it to an existing quantum key distribution protocol, thus proving its security even in this setting. We also show that, without any additional such restriction there always exists a successful joint attack by a non-signalling adversary.

研究の動機と目的

• デバイスの信頼に依存しない装置に依存しない量子鍵配送を達成すること。
• サブシステム間で通信できない非信号敵対者に対するセキュリティを証明すること。
• 可換測定を持つ量子実現可能な相関の下でのセキュリティを確立すること。
• 非信号敵対者が集団攻撃を実行するのを防ぐために追加の制約が必要であることを示すこと。
• 最小限の仮定の下で、明示的なQKDプロトコルに適用可能な一般的なセキュリティ証明を提供すること。

提案手法

• デバイス仕様ではなく、観測可能な測定統計に基づく装置に依存しないQKDフレームワークを提案する。
• 2つのモデルを導入する：非信号敵対者（弱い制約）と量子実現可能な相関（強い物理的制約）。
• 2つの重要な条件を課す：サブシステム間での通信禁止と、異なるサブシステムにおける可換測定。
• 凸最適化と最小エントロピー解析を用いて、盗聴者の知識を制限する一般的なセキュリティ証明を開発する。
• 証明を具体的なQKDプロトコルに適用し、提示された仮定の下でもセキュリティが保たれることを示す。
• de Finetti型定理と凸最適化の双対性を用いて、鍵抽出のセキュリティを分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 物理的デバイスの信頼を一切おきずに、装置に依存しないQKDを達成できるか？
• RQ2 非信号敵対者がQKDプロトコルを破るのを防ぐために、どのような追加制約が必要か？
• RQ3 下位の量子デバイスではなく、観測された相関のみを信頼する場合、QKDのセキュリティはどのように変化するか？
• RQ4 最小限の仮定の下で、複数のQKDプロトコルに適用可能な一般的なセキュリティ証明を構築できるか？
• RQ5 非信号制約と可換性制約が、安全な鍵生成を保証するために果たす役割は何か？

主な発見

• 非信号制約と可換測定を課した場合、装置に依存しないQKDにおけるセキュリティは達成可能である。
• 追加の制約がなければ、非信号敵対者は複数のシステムを同時に集団攻撃で狙撃できる。
• 提案されたフレームワークにより、観測された相関に基づくQKDプロトコルの一般的なセキュリティ証明が可能になる。
• セキュリティ証明は、凸最適化と最小エントロピー技術に依存し、敵対者の情報量を制限する。
• 結果として、ヒルベルト空間次元やデバイスの詳細を知らなくても、装置に依存しないセキュリティが可能であることが示された。
• フレームワークは、因果関係と非通信制約が、安全な鍵抽出を保証するために十分であることを示している。