Интерференция Hong-Ou-Mandel в квантовой оптике, моногамия запутанности, неортогональность, недоверенные узлы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В последнее десятилетие активно исследуются системы квантового распределения ключей с недоверенным промежуточным узлом, протокол квантового распределения ключей был назван MDI (Measurement Device Independent). В ранних работах были приведены лишь соображения, почему такая система квантового распределения ключей обеспечивает секретность распределяемых ключей, со ссылкой на то, что доказательство стойкости MDI протокола, которое не было приведено, аналогично доказательству секретности КРК для базового протокола BB84. По этой причине, несмотря на имеющиеся экспериментальные реализации системы квантового распределения ключей MDI, продолжают возникать вопросы о физических причинах стойкости такого протокола. Такие системы квантового распределения ключей позволяют получить общий ключ между двумя узлами сети, которые соединены через промежуточный недоверенный узел, который не требует защиты аппаратуры на нем, нарушитель видит всю работу аппаратуры, включая результаты работы фотодетекторов. В работе приведен анализ MDI протокола, показаны физические причины стойкости протокола, которые основаны на таких фундаментальных свойствах, как интерференция фотонов из разных источников, моногамия запутанности, неортогональность состояний. Приведен простой и явный вывод, показывающий эквивалентность MDI и BB84 протоколов и физические причины совпадения выражений для длины финального ключа.

Об авторах

С. П Кулик

Центр квантовых технологий, МГУ имени М.В.Ломоносова

Москва, Россия

С. Н Молотков

Институт физики твердого тела имени Ю.А.Осипьяна РАН

Email: sergei.molotkov@gmail.com
Черноголовка, Россия

Список литературы

  1. H.-K. Lo, M. Curty, and B. Qi, Phys. Rev. Lett. 108, 130503 (2012); Supplemental Material at http://link.aps.org/supplemental/10.1103/PhysRevLett.108.130503.
  2. C. H. Bennett and G. Brassard, Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing, in Proc. IEEE Int. Conf, on Comp., Sys. and Signal Process., Bangalore, India (1984), p. 175.
  3. D. Mayers, J. ACM, 48, 351 (2001).
  4. H.-K. Lo and H. F. Chau, Science 283, 2050 (1999).
  5. P. Shor and J. Preskill, Phys. Rev. Lett. 85, 441 (2000).
  6. R. Renner, arXiv/quant-ph:0512258 (2005).
  7. M. Tomamichel, Ch. C. W. Lim, N. Gisin, and R. Renner, Nature Commun. 3, 1 (2012).
  8. С. Н. Молотков, А. В. Тимофеев, Письма в ЖЭТФ 85, 632 (2007).
  9. S. N. Molotkov, Laser Phys. Lett. 16, 075203 (2019).
  10. C. K. Hong, Z. Y. Ou, and L. Mandel, Phys. Rev. Lett. 59, 2044 (1987).
  11. M. Koashi and A. Winter, Phys. Rev. A 69, 022309 (2004).
  12. C. H. Bennett, Phys. Rev. Lett. 68, 3121 (1992).
  13. Д. Д. Сукачев, Успехи физических наук 191(10), 1077 (2021), раздел 6.2 Доверенные узлы.
  14. И. М. Арбеков, С. Н. Молотков, Математические вопросы крипографии 14(3), 9 (2023).
  15. С. Н. Молотков, Письма в ЖЭТФ 117, 470 (2023).
  16. Q. Zhang, F. Xu, Y.-A. Chen, C.-Zh. Peng, and J. Pan, Opt. Express 26, 24260 (2018).
  17. https://www.youtube.com/watch?v=0WAuDcYhKbo
  18. С. П. Кулик, С. Н. Молотков, Письма в ЖЭТФ 118, 62 (2023).
  19. D. Deutsch, Phys. Rev. Lett. 50, 631 (1983).
  20. H. Maassen and J. B. M. Uffink, Phys. Rev. Lett. 60, 1103 (1988).
  21. M. Tomamichel and R. Renner, Phys. Rev. Lett. 106, 110506 (2011).
  22. M. Tomamichel, A Framework for Non-Asymptotic Quantum Information Theory, PhD thesis, ETH Zürich (2012); arXiv/quant-ph:1203.2142.
  23. P. J. Coles, M. Berta, M. Tomamichel, and S. Wehner, Rev. Mod. Phys. 89, 015002-1 (20017).
  24. С.Н. Молотков, ЖЭТФ 160, 327 (2021).
  25. K. Kraus, States, Effects and Operations: Fundamental Notions of Quantum Theory, Springer Verlag, Berlin (1983).
  26. А. С. Холево, Квантовые системы, каналы, информация, МЦНМО, М. (2010).
  27. S.N. Molotkov, Laser Phys. Lett. 18, 045202 (2021).
  28. К. А. Балыгин, С. П. Кулик, С. Н. Молотков, Письма в ЖЭТФ 116, 128 (2022).
  29. D. Bouwmeester, J-W. Pan, K.Mattle, M. Eible, H. Weinfurter, and A. Zeilinger, Nature (London) 390, 575 (1997).
  30. Y.-H. Kim, S. P. Kulik, and Y. Shih, Phys. Rev. Lett. 86, 1370 (2001).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024