Состояние приманки - Decoy state


Состояние приманки квантовое распределение ключей (QKD) протокол является наиболее широко применяемой схемой QKD. В практических системах КРК используются многофотонные источники, в отличие от стандартных BB84 протокол, что делает их восприимчивыми к расщепление числа фотонов (ПНС) атаки. Это значительно ограничит безопасную скорость передачи или максимальную длину канала в практических системах QKD. В технике ложных состояний эта фундаментальная слабость практических систем QKD устраняется за счет использования нескольких уровней интенсивности в источнике передатчика, то есть кубиты передаются Алисой с использованием случайно выбранных уровней интенсивности (одно состояние сигнала и несколько состояний-приманок), что приводит к изменению числа фотонов. статистика по всему каналу. В конце передачи Алиса публично объявляет, какой уровень интенсивности был использован для передачи каждого кубита. Успешная атака PNS требует поддержания частоты ошибок по битам (BER) на стороне получателя, что не может быть достигнуто с помощью статистики количества фотонов. Контролируя BER, связанные с каждым уровнем интенсивности, две легитимные стороны смогут обнаружить атаку PNS с сильно увеличенными скоростями защищенной передачи или максимальной длиной канала, что делает системы QKD пригодными для практических приложений.

Мотивация

В доказательствах безопасности протоколов QKD, таких как BB84 предполагается, что источник одиночных фотонов используется отправителем, Алисой. В действительности идеального источника одиночных фотонов не существует. Вместо этого практические источники, такие как слабые когерентное состояние лазерный источник, широко используются для QKD. Ключевая проблема этих практических источников КРК заключается в их многофотонных компонентах. Когда Алиса использует многофотонные состояния в качестве носителей квантовой информации, возникает серьезная лазейка в безопасности. Используя многофотонные компоненты, перехватчик, Ева, в принципе могла бы разделить фотоны, оставить один фотон и отправить остальные Бобу. После того как Алиса и Боб объявят базовую информацию, Ева может измерить перехваченный фотон, чтобы получить ключевую информацию. Когда канал с потерями, Ева может запускать более изощренные атаки, такие как атака с разделением числа фотонов. Чтобы минимизировать эффекты многофотонных состояний, Алисе приходится использовать чрезвычайно слабый лазерный источник, что приводит к относительно низкой скорости QKD. Предлагается метод ложного состояния для решения этой многофотонной проблемы за счет использования нескольких фотонов различной интенсивности вместо одной. С ложными состояниями практические источники, такие как источник когерентного состояния или объявленные параметрическое преобразование с понижением частоты (PDC) источник, работает почти так же хорошо, как источник одиночного фотона. [1]

Разработка

Схема состояния приманки была предложена Вон-Ён Хван из Северо-Западный университет.[2] Позже его безопасность была доказана путем разработки модели канала числа фотонов и использования бесконечного количества ложных состояний.[3] Обычный практический метод состояния приманки требует только двух состояний приманки, вакуумной ловушки и слабой ловушки. Этот метод вакуума + слабого ложного состояния был впервые предложен Хой-Квонг Ло из Университет Торонто,[4] а затем был проанализирован другими. [5][6] Было показано, что только с вакуумом и слабым ложным состоянием, достигнутая скорость передачи ключей очень близка к случаю бесконечного ложного состояния.[6]

Экспериментальные демонстрации

Первый эксперимент по методу состояния приманки был проведен группой Хой-Квонга Ло и их сотрудником Ли Цянем. [7] где метод с одним ложным состоянием [6] Используется. Дальность передачи составляет 15 км, а скорость генерации ключей - 165 бит / с. Затем демонстрируется QKD на больших расстояниях с помощью метода вакуум + слабое ложное состояние через 60 км волокна. [8] Позже три экспериментальные группы демонстрируют метод ложного состояния на дистанциях 100 км. [9][10][11] После этого будет много других демонстраций. [12][13]

КРК с ложным состоянием с использованием источников некогерентного состояния

Также были проанализированы протоколы QKD с ложным состоянием с источниками некогерентного состояния. Протокол пассивных состояний-ловушек, в котором состояния-ловушки подготавливаются пассивно, предлагается в качестве параметрическое преобразование с понижением частоты источник.[14][15]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ма, Сюнфэн (2008). Квантовая криптография: от теории к практике (Кандидат наук.). Университет Торонто. arXiv:0808.1385.
  2. ^ Хван, Вон Ён (1 июля 2003 г.). «Квантовое распределение ключей с высокими потерями: на пути к глобальной безопасной коммуникации». Письма с физическими проверками. 91 (5): 057901. arXiv:Quant-ph / 0211153. Bibcode:2003PhRvL..91e7901H. Дои:10.1103 / Physrevlett.91.057901. ISSN  0031-9007. PMID  12906634.
  3. ^ Ло, Хой-Квонг; Ма, Сюнфэн; Чен, Кай (16 июня 2005 г.). «Распределение квантового ключа состояния приманки». Письма с физическими проверками. Американское физическое общество (APS). 94 (23): 230504. arXiv:Quant-ph / 0411004. Bibcode:2005PhRvL..94w0504L. Дои:10.1103 / Physrevlett.94.230504. ISSN  0031-9007. PMID  16090452.
  4. ^ Ло, Хой-Квонг (2004). Квантовое распределение ключей с вакуумными или тусклыми импульсами в качестве ложных состояний. Материалы Международного симпозиума IEEE 2004 г. по теории информации. Нью-Йорк: IEEE Press. п. 137. Дои:10.1109 / ISIT.2004.1365174. ISBN  0-7803-8280-3.
  5. ^ Ван, Сян-Бинь (16 июня 2005 г.). «Преодоление атаки расщепления числа фотонов в практической квантовой криптографии». Письма с физическими проверками. 94 (23): 230503. arXiv:Quant-ph / 0410075. Bibcode:2005PhRvL..94w0503W. Дои:10.1103 / Physrevlett.94.230503. ISSN  0031-9007. PMID  16090451.
  6. ^ а б c Ма, Сюнфэн; Ци, Бинг; Чжао, Йи; Ло, Хой-Квонг (20 июля 2005 г.). «Практическое ложное состояние для квантового распределения ключей». Физический обзор A. Американское физическое общество (APS). 72 (1): 012326. arXiv:Quant-ph / 0503005. Bibcode:2005ПхРвА..72а2326М. Дои:10.1103 / Physreva.72.012326. ISSN  1050-2947.
  7. ^ Чжао, Йи; Ци, Бин; Ма, Сюнфэн; Ло, Хой-Квонг; Цянь Ли (22 февраля 2006 г.). «Экспериментальное квантовое распределение ключей с ложными состояниями». Письма с физическими проверками. Американское физическое общество (APS). 96 (7): 070502. arXiv:Quant-ph / 0503192. Bibcode:2006ПхРвЛ..96г0502З. Дои:10.1103 / Physrevlett.96.070502. ISSN  0031-9007. PMID  16606067.
  8. ^ Чжао, Йи; Ци, Бин; Ма, Сюнфэн; Ло, Хой-квонг; Цянь, Ли (2006). Моделирование и реализация квантового распределения ключей состояния приманки по телекоммуникационному оптоволокну длиной 60 км. IEEE. п. 2094–2098. arXiv:Quant-ph / 0601168. Дои:10.1109 / isit.2006.261920. ISBN  1-4244-0505-X.
  9. ^ Розенберг, Данна; Харрингтон, Джим У .; Райс, Патрик Р .; Hiskett, Philip A .; Петерсон, Чарльз Дж .; Хьюз, Ричард Дж .; Лита, Адриана Э .; Нам, Сае Ву; Нордхольт, Джейн Э. (5 января 2007 г.). "Распределение квантовых ключей на больших расстояниях в оптическом волокне". Письма с физическими проверками. Американское физическое общество (APS). 98 (1): 010503. arXiv:Quant-ph / 0607186. Bibcode:2007PhRvL..98a0503R. Дои:10.1103 / Physrevlett.98.010503. ISSN  0031-9007. PMID  17358462.
  10. ^ Шмитт-Мандербах, Тобиас; Вейер, Хеннинг; Фюрст, Мартин; Урсин, Руперт; Тифенбахер, Феликс; Шейдл, Томас; Пердигес, Жозеп; Содник, Зоран; Курцифер, Кристиан; Рарити, Джон Дж .; Цайлингер, Антон; Вайнфуртер, Харальд (5 января 2007 г.). «Экспериментальная демонстрация распределения квантовых ключей состояний-приманок в свободном космосе на 144 км». Письма с физическими проверками. Американское физическое общество (APS). 98 (1): 010504. Bibcode:2007PhRvL..98a0504S. Дои:10.1103 / Physrevlett.98.010504. ISSN  0031-9007. PMID  17358463.
  11. ^ Пэн, Чэн-Чжи; Чжан, Цзюнь; Ян, Донг; Гао, Вэй-Бо; Ма, Хуай-Синь; Инь, Хао; Цзэн, Хэ-Пин; Ян, Дао; Ван, Сян-Бинь; Пан, Цзянь-Вэй (5 января 2007 г.). «Экспериментальное распределение квантового ключа с ложным состоянием на большие расстояния на основе поляризационного кодирования». Письма с физическими проверками. 98 (1): 010505. arXiv:Quant-ph / 0607129. Bibcode:2007ПхРвЛ..98а0505П. Дои:10.1103 / Physrevlett.98.010505. ISSN  0031-9007. PMID  17358464.
  12. ^ Yuan, Z. L .; Sharpe, A. W .; Шилдс, А. Дж. (2007). «Безоговорочно безопасное одностороннее квантовое распределение ключей с использованием ложных импульсов». Письма по прикладной физике. Издательство AIP. 90 (1): 011118. arXiv:Quant-ph / 0610015. Bibcode:2007АпФЛ..90а1118Y. Дои:10.1063/1.2430685. ISSN  0003-6951.
  13. ^ Shams Mousavi, S.H .; Галлион, П. (24 июля 2009 г.). «Распределение квантового ключа ложного состояния с использованием гомодинного обнаружения». Физический обзор A. Американское физическое общество (APS). 80 (1): 012327. arXiv:1411.6155. Bibcode:2009PhRvA..80a2327S. Дои:10.1103 / Physreva.80.012327. ISSN  1050-2947.
  14. ^ Адачи, Йоритоши; Ямамото, Такаши; Коаши, Масато; Имото, Нобуюки (2 ноября 2007 г.). «Простое и эффективное квантовое распределение ключей с параметрическим понижающим преобразованием». Письма с физическими проверками. 99 (18): 180503. arXiv:Quant-ph / 0610118. Bibcode:2007PhRvL..99r0503A. Дои:10.1103 / Physrevlett.99.180503. ISSN  0031-9007. PMID  17995389.
  15. ^ Ма, Сюнфэн; Ло, Хой-Квонг (9 июля 2008 г.). «Квантовое распределение ключей с запуском источников параметрического понижающего преобразования». Новый журнал физики. 10 (7): 073018. arXiv:0803.2543. Bibcode:2008NJPh ... 10g3018M. Дои:10.1088/1367-2630/10/7/073018. ISSN  1367-2630.

внешняя ссылка