미끼 상태

Decoy state

양자 암호학에서는 Decoy State Quantum Key Distribution(QKD) 프로토콜이 가장 널리 구현되는 QKD 방식입니다.실용적인 QKD 시스템은 표준 BB84 프로토콜과 대조적으로 다중 광자 소스를 사용하여 광자 번호 분할(PNS) 공격에 취약합니다.이로 인해 실제 QKD 시스템에서 안전한 전송 속도 또는 최대 채널 길이가 크게 제한됩니다.미끼 상태 기술에서, 실용적인 QKD 시스템의 이러한 근본적인 약점은 송신기의 소스에서 복수의 강도 레벨을 사용하여 해결된다. 즉, 큐비트는 앨리스에 의해 랜덤하게 선택된 강도 레벨(하나의 신호 상태 및 여러 개의 미끼 상태)을 사용하여 전송되며, 결과적으로 채널 전체에 걸쳐 다양한 광자 수 통계량이 발생한다.전송이 끝나면 앨리스는 각 큐비트의 전송에 사용된 강도 수준을 공개적으로 알립니다.PNS 공격이 성공하려면 수신측에서 Bit Error Rate(BER; 비트오류율)를 유지할 필요가 있습니다.이것은, 복수의 포토 번호 통계 정보에서는 달성할 수 없습니다.각 강도 레벨에 관련된 BER를 감시함으로써 2개의 정규 파티는 PNS 공격을 검출할 수 있습니다.이 공격에서는, 시큐어 전송 레이트 또는 최대 채널 길이가 매우 높아지기 때문에, QKD 시스템은 실제의 애플리케이션에 적합합니다.

동기

BB84와 같은 QKD 프로토콜의 보안 증명에서 단일 광자 소스가 송신자 앨리스에 의해 사용되는 것으로 가정한다.실제로 완벽한 단일 광자 선원은 존재하지 않는다.대신 QKD에는 약한 코히런트 상태의 레이저 선원과 같은 실용적인 선원이 널리 사용된다.이러한 실용적인 QKD 소스의 주요 문제는 멀티광자 컴포넌트에 있습니다.Alice가 다중 광자 상태를 양자 정보 전달자로 사용할 경우 심각한 보안 허점이 존재합니다.다중 광자 구성 요소에서, 도청자, 이브는 원칙적으로 광자를 분할하고, 한 개의 광자를 보관하고, 나머지를 밥에게 보낼 수 있습니다.Alice와 Bob이 기본 정보를 발표한 후, 이브는 가로챈 광자를 측정하여 키 정보를 얻을 수 있습니다.채널이 손실되면 이브는 광자 번호 분할 공격과 같은 보다 정교한 공격을 시작할 수 있습니다.멀티 광자 상태의 영향을 최소화하기 위해 Alice는 매우 약한 레이저 소스를 사용해야 하며, 이로 인해 QKD의 속도가 상대적으로 느려집니다.하나의 광자 강도 대신 몇 가지 다른 광자 강도를 사용하여 이 다중 광자 문제를 해결하기 위해 유인 상태 방법이 제안되었다.유인 상태의 경우, 간섭성 상태 소스 또는 예측된 파라메트릭 다운 변환(PDC) 소스와 같은 실제 소스는 거의 단일 광자 소스만큼 잘 작동합니다.[1]

발전

미끼 국가 계획은 노스웨스턴 [2]대학의 황원영에 의해 제안되었다.나중에, 그것의 보안은 광자 번호 채널 모델을 개발하고 무한히 많은 [3]미끼 상태의 사용을 가정함으로써 증명되었다.일반적인 실용적인 유인 상태 방법에는 진공 유인 상태와 약한 유인 상태가 필요합니다.이 진공+취약 유인 상태 방법은 [4]토론토 대학의 Hoi-Kwong Lo에 의해 처음 제안되었고 다른 사람들에 의해 분석되었습니다.[5][6] 진공 및 약한 유인 상태만 있는 경우 달성된 키 속도는 무한 유인 상태 [6]사례에 매우 가까운 것으로 나타났습니다.

실험 데모

첫 번째 유인 상태 방법 실험은 Hoi-Kwong Lo의 그룹과 협력자 Li Qian에 의해 수행되었으며, 이 실험에서는 1 유인 상태 방법이 사용되었다.전송 거리는 15km, 키 생성 속도는 165비트/초입니다.다음으로 60km 파이버를 경유한 진공+취약 디코이 상태법에 의해 장거리 QKD를 시연한다.[8] 이후, 세 실험 그룹이 100km 거리에 걸친 유인 상태 방법을 시연한다.[9][10][11] 그 후 많은 시위가 있다.[12][13]

비코히런트 스테이트 소스를 사용한 미끼 스테이트 QKD

비일관성 상태 선원을 가진 미끼 상태 QKD 프로토콜도 분석되었다.미끼 상태가 수동적으로 준비되는 패시브 미끼 상태 프로토콜은 파라메트릭 다운 변환 [14][15]소스로 제안됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Ma, Xiongfeng (2008). Quantum cryptography: from theory to practice (Ph.D.). University of Toronto. arXiv:0808.1385.
  2. ^ Hwang, Won-Young (1 July 2003). "Quantum Key Distribution with High Loss: Toward Global Secure Communication". Physical Review Letters. 91 (5): 057901. arXiv:quant-ph/0211153. Bibcode:2003PhRvL..91e7901H. doi:10.1103/physrevlett.91.057901. ISSN 0031-9007. PMID 12906634. S2CID 19225674.
  3. ^ Lo, Hoi-Kwong; Ma, Xiongfeng; Chen, Kai (16 June 2005). "Decoy State Quantum Key Distribution". Physical Review Letters. American Physical Society (APS). 94 (23): 230504. arXiv:quant-ph/0411004. Bibcode:2005PhRvL..94w0504L. doi:10.1103/physrevlett.94.230504. ISSN 0031-9007. PMID 16090452. S2CID 16938588.
  4. ^ Lo, Hoi-Kwong (2004). Quantum key distribution with vacua or dim pulses as decoy states. Proceedings of 2004 IEEE International Symposium on Information Theory. New York: IEEE Press. p. 137. doi:10.1109/ISIT.2004.1365174. ISBN 0-7803-8280-3.
  5. ^ Wang, Xiang-Bin (16 June 2005). "Beating the Photon-Number-Splitting Attack in Practical Quantum Cryptography". Physical Review Letters. 94 (23): 230503. arXiv:quant-ph/0410075. Bibcode:2005PhRvL..94w0503W. doi:10.1103/physrevlett.94.230503. ISSN 0031-9007. PMID 16090451. S2CID 2651690.
  6. ^ a b c Ma, Xiongfeng; Qi, Bing; Zhao, Yi; Lo, Hoi-Kwong (20 July 2005). "Practical decoy state for quantum key distribution". Physical Review A. American Physical Society (APS). 72 (1): 012326. arXiv:quant-ph/0503005. Bibcode:2005PhRvA..72a2326M. doi:10.1103/physreva.72.012326. ISSN 1050-2947. S2CID 836096.
  7. ^ Zhao, Yi; Qi, Bing; Ma, Xiongfeng; Lo, Hoi-Kwong; Qian, Li (22 February 2006). "Experimental Quantum Key Distribution with Decoy States". Physical Review Letters. American Physical Society (APS). 96 (7): 070502. arXiv:quant-ph/0503192. Bibcode:2006PhRvL..96g0502Z. doi:10.1103/physrevlett.96.070502. ISSN 0031-9007. PMID 16606067. S2CID 2564853.
  8. ^ Zhao, Yi; Qi, Bing; Ma, Xiongfeng; Lo, Hoi-kwong; Qian, Li (2006). Simulation and Implementation of Decoy State Quantum Key Distribution over 60km Telecom Fiber. IEEE. p. 2094–2098. arXiv:quant-ph/0601168. doi:10.1109/isit.2006.261920. ISBN 1-4244-0505-X.
  9. ^ Rosenberg, Danna; Harrington, Jim W.; Rice, Patrick R.; Hiskett, Philip A.; Peterson, Charles G.; Hughes, Richard J.; Lita, Adriana E.; Nam, Sae Woo; Nordholt, Jane E. (5 January 2007). "Long-Distance Decoy-State Quantum Key Distribution in Optical Fiber". Physical Review Letters. American Physical Society (APS). 98 (1): 010503. arXiv:quant-ph/0607186. Bibcode:2007PhRvL..98a0503R. doi:10.1103/physrevlett.98.010503. ISSN 0031-9007. PMID 17358462. S2CID 1082713.
  10. ^ Schmitt-Manderbach, Tobias; Weier, Henning; Fürst, Martin; Ursin, Rupert; Tiefenbacher, Felix; Scheidl, Thomas; Perdigues, Josep; Sodnik, Zoran; Kurtsiefer, Christian; Rarity, John G.; Zeilinger, Anton; Weinfurter, Harald (5 January 2007). "Experimental Demonstration of Free-Space Decoy-State Quantum Key Distribution over 144 km". Physical Review Letters. American Physical Society (APS). 98 (1): 010504. Bibcode:2007PhRvL..98a0504S. doi:10.1103/physrevlett.98.010504. ISSN 0031-9007. PMID 17358463. S2CID 15102161.
  11. ^ Peng, Cheng-Zhi; Zhang, Jun; Yang, Dong; Gao, Wei-Bo; Ma, Huai-Xin; Yin, Hao; Zeng, He-Ping; Yang, Tao; Wang, Xiang-Bin; Pan, Jian-Wei (5 January 2007). "Experimental Long-Distance Decoy-State Quantum Key Distribution Based on Polarization Encoding". Physical Review Letters. 98 (1): 010505. arXiv:quant-ph/0607129. Bibcode:2007PhRvL..98a0505P. doi:10.1103/physrevlett.98.010505. ISSN 0031-9007. PMID 17358464. S2CID 45259447.
  12. ^ Yuan, Z. L.; Sharpe, A. W.; Shields, A. J. (2007). "Unconditionally secure one-way quantum key distribution using decoy pulses". Applied Physics Letters. AIP Publishing. 90 (1): 011118. arXiv:quant-ph/0610015. Bibcode:2007ApPhL..90a1118Y. doi:10.1063/1.2430685. ISSN 0003-6951. S2CID 20424612.
  13. ^ Shams Mousavi, S. H.; Gallion, P. (24 July 2009). "Decoy-state quantum key distribution using homodyne detection". Physical Review A. American Physical Society (APS). 80 (1): 012327. arXiv:1411.6155. Bibcode:2009PhRvA..80a2327S. doi:10.1103/physreva.80.012327. ISSN 1050-2947. S2CID 119274803.
  14. ^ Adachi, Yoritoshi; Yamamoto, Takashi; Koashi, Masato; Imoto, Nobuyuki (2 November 2007). "Simple and Efficient Quantum Key Distribution with Parametric Down-Conversion". Physical Review Letters. 99 (18): 180503. arXiv:quant-ph/0610118. Bibcode:2007PhRvL..99r0503A. doi:10.1103/physrevlett.99.180503. ISSN 0031-9007. PMID 17995389. S2CID 38698156.
  15. ^ Ma, Xiongfeng; Lo, Hoi-Kwong (9 July 2008). "Quantum key distribution with triggering parametric down-conversion sources". New Journal of Physics. 10 (7): 073018. arXiv:0803.2543. Bibcode:2008NJPh...10g3018M. doi:10.1088/1367-2630/10/7/073018. ISSN 1367-2630.

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