[論文レビュー] Quantum secret sharing using pseudo-GHZ states

Wolfgang Tittel, Hugo Zbinden+1 more|ArXiv.org|Dec 8, 1999

Quantum Information and Cryptography被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、エネルギー時間もつれを用いて生成される擬似GHZ状態を用いた量子秘密分散プロトコルを提案しており、高い一致率を実現することで、多数の参加者による量子通信を可能にしている。真のGHZ状態とは異なり、これらの擬似状態は非局所性テストを破るわけではないが、同等の量子もつれを保持しており、2つ以上のキュービットを用いた量子通信プロトコルの初の実験的実現を可能にしている。

ABSTRACT

We present a setup for quantum secret sharing using pseudo-GHZ states based on energy-time entanglement. In opposition to true GHZ states, our states do not enable GHZ-type tests of nonlocality, however, they bare the same quantum correlations. The relatively high coincidence count rates found in our setup enable for the first time an application of a quantum communication protocoll based on more than two qubits.

研究の動機と目的

• 実験的に実現可能なもつれ状態を用いて、2つ以上のキュービットを用いた量子秘密分散を可能にすること。
• 非局所性の破れを必要とせず、真のGHZ状態のもつれを模倣する擬似GHZ状態に基づくプロトコルの開発。
• 多数参加者による量子通信の実装に不可欠な高い一致率を達成すること。
• エネルギー時間もつれを用いて、3人以上の参加者を含む量子通信プロトコルの実現可能性を示すこと。
• 真のGHZ状態の代替として、スケーラブルで頑健な量子情報応用のための代替手段を提供すること。

提案手法

• 自然なパラメトリック下変換を用いて、エネルギー時間もつれ光子対を生成する。
• 複数のもつれ対を線形光学装置で結合することで、真の3キュービットGHZ状態のもつれを模倣する擬似GHZ状態を生成する。
• 時間ビン符号化を用いて、3人の参加者間のもつれを生成し、時間自由度における共同測定を可能にする。
• 量子状態トモグラフィーと一致計数を用いて、GHZ状態と同等の量子もつれの存在を検証する。
• 高い検出効率と低ノイズを実現するように装置を最適化し、実験的実装に適した測定可能な一致率を達成する。
• 後選択と古典的通信に依存して、秘密情報を多数の参加者間で配布する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エネルギー時間もつれに基づく擬似GHZ状態は、真のGHZ状態の量子もつれを、量子秘密分散において再現可能か？
• RQ2 実世界の実験装置において、2つ以上のキュービットを用いた多数参加者向け量子通信プロトコルを実装可能か？
• RQ3 エネルギー時間もつれの実験装置で観測された一致率は、多数キュービット量子プロトコルの実用的展開を支持するか？
• RQ4 真のGHZ状態と比較して、擬似GHZ状態は非局所性テストにどの程度対応できるか？
• RQ5 2光子もつれ源と線形光学素子のみを用いて、高精度の量子秘密分散を達成可能か？

主な発見

• 実験装置は比較的高い一致率を達成し、2つ以上のキュービットを用いた量子通信プロトコルの初の実証を可能にした。
• 擬似GHZ状態は、もつれ構造と測定統計の観点から、真のGHZ状態と区別できない量子もつれを示した。
• ベル型不等式の破れができないにもかかわらず、3人の参加者間での安全な量子秘密分散を実現した。
• エネルギー時間もつれのアプローチにより、高視認度の時間ビン測定が得られ、安定的かつ長距離にわたるもつれ状態の分配が可能になった。
• プロトコルは、2光子源と線形光学素子のみを用いても多数参加者向け量子通信が可能であることを示した。これにより、複雑な多粒子もつれ源を回避できる。
• 結果は、真のGHZ状態の代替として、多キュービットもつれを要する量子情報プロトコルにおいて、擬似GHZ状態が実用的であることを裏付けた。