[论文解读] 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 9

一句话总结

本文在连续变量领域利用熵不确定关系推导了连续变量量子密钥分发的密钥率界限，实现了单边设备无关性——仅需一个可信设备即可实现安全密钥交换。该方法在当前技术条件下，即使在仅使用相干态的协议中，也适用于真实信道，具有实验可行性。

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.

研究动机与目标

• 将熵不确定关系扩展至连续变量领域，用于量子密钥分发。
• 在长密钥极限下，推导高斯调制连续变量量子密钥分发协议的实用密钥率界限。
• 为多种连续变量量子密钥分发协议（包括仅使用相干态的协议）建立单边设备无关性。
• 证明当前实验技术下单边设备无关方案的可行性。
• 分析这些协议在真实、损耗性量子信道上的性能。

提出的方法

• 利用近期为连续变量量身定制的熵不确定关系。
• 将这些关系应用于高斯调制连续变量量子密钥分发协议，以限制测量结果的不确定性。
• 在假设仅一个设备（如发送方）可信的前提下，推导出密钥率界限，从而实现单边设备无关性。
• 考虑长密钥长度的渐近极限，以简化分析并提高实用性。
• 评估仅使用相干态的协议的界限，证明其与单边设备无关性兼容。
• 评估在包含损耗和噪声的真实信道条件下，所推导界限的鲁棒性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在连续变量领域利用熵不确定关系，为连续变量量子密钥分发推导出有意义的密钥率界限？
• RQ2 在高斯调制连续变量量子密钥分发协议中，单边设备无关性在多大程度上可以实现？
• RQ3 所推导的密钥率界限是否足够紧，以具备实验相关性？
• RQ4 仅使用相干态的协议在真实信道条件下能否实现单边设备无关性？
• RQ5 使用当前技术实现单边设备无关连续变量量子密钥分发在实际中是否可行？

主要发现

• 所推导的密钥率界限具有单边设备无关性，即仅需一方（如发送方）可信。
• 该方法适用于多种连续变量量子密钥分发协议，包括仅基于相干态的协议。
• 尽管不确定关系及由此产生的密钥率并不紧致，但其仍具有实验相关性。
• 该方案在现有技术条件下可行，尤其适用于真实、损耗性量子信道。
• 结果表明，单边设备无关连续变量量子密钥分发在实践中是可实现的，即使无需完全设备无关。