Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики

Interferentsiya Hong-Ou-Mandel v kvantovoy optike, monogamiya zaputannosti, neortogonal'nost', nedoverennye uzly

S. P. Kulik, S. N. Molotkov

Published Sep 25, 2024• 0 citations

Abstract

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.

DOI: 10.31857/s1234567824130044

Related papers

Применение кремниевых лавинных фотодиодов для регистрации одиночных фотонов в установке по квантовой криптографии

Denis B. Tretyakov, A. V. Kolyako, A. S. Pleshkov

В данной работе представлены экспериментальные результаты, демонстрирующие долговременную стабильность работы нашей установки, которая генерирует квантовый ключ по протоколу BB84 с помощью поляризационного кодирования. Показано, что скорость генерации «просеянного» квантового ключа и уровень ошибочных битов в ключе оставались постоянными в течение 1 часа и равнялись 10 кбит/с и 6.5% (см. Рис.1), соответственно, при расстоянии между передатчиком и приемником, равном 20 см [2]. Приведены теоретические зависимости скорости генерации секретного квантового ключа от коэффициента пропускания квантового канала для детекторов одиночных фотонов, которые использовались в данном эксперименте, и новых детекторов с эффективностью регистрации 48% и частотой темновых импульсов 180 Гц.

ФОТОНИКА-2021 : ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ РОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ И ШКОЛЫ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ПО АКТУАЛЬНЫМ ПРОБЛЕМАМ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ФОТОЭЛЕКТРОНИКИSep 27, 20211 citation

Mdi - measurement device independent kvantovogo raspredeleniya klyuchey

S. P. Kulik, S. N. Molotkov

Приведено прямое доказательство стойкости MDI протокола квантового распределения ключей через недоверенные узлы, которое базируется на фундаментальных энтропийных соотношениях неопределенностей. Проясняются причины удивительного совпадения выражений для длины секретного ключа для протокола BB84 и MDI протокола.

Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физикиDec 15, 20230 citations

Существуют ли риски протокола BB84

Зар Ни Аунг, Chan Myae Hein

Используется стратегия атаки для протокола распределения ключей BB84 в квантовой криптографии, мы называем эту стратегию, использующую свойство квантовой нелокальности косвенной копирующей атакой. Возможно, в соответствии с этой стратегией, квантовые криптографические протоколы BB84 подвержены риску и может ли подслушивающее устройство точно получить информацию между законными пользователями без обнаружения? В ответе на этот вопрос используются атаки расщепления фотонного числа (PNS), которые обнаруживаются с определенной степенью уверенности, максимизируя квантовую пропускную способность системы без каких-либо дополнительных затрат.

Труды Московского физико-технического институтаJan 1, 20180 citations

Неклассичность спина, основанная на дисперсии

Yue Zhang, Shunlong Luo

Дисперсия квантового состояния является одной из самых фундаментальных и повсеместно встречающихся величин, количественно характеризующих неопределенность, и широко используется как в классической, так и в квантовой физике. Однако всe еще существуют новые аспекты ее применения, которые ожидают своего изучения. С помощью взаимного обмена ролей переменной состояния и наблюдаемой переменной, т. е. на основе формального рассмотрения любого состояния как наблюдаемой (что имеет смысл, поскольку любое состояние априори является эрмитовым оператором) и с использованием средней (по наблюдаемым) дисперсии этого состояния, для всех спиновых когерентных состояний вводится количественная характеристика неклассичности спина относительно разложения единицы, порожденного спиновыми когерентными состояниями. Эта величина легко вычисляется и в то же время обладает различными практическими свойствами: она может интерпретироваться как дефицит чистоты, дефицит энтропии Цаллиса и дефицит квадрата нормы функции Хусими относительно квадрата нормы функции Вигнера. Обнаружены несколько интуитивных свойств этого показателя и его связь с неопределенностью распределения в фазовом пространстве. В качестве иллюстрации приведены некоторые характерные примеры. Указаны различные обобщения.

Теоретическая и математическая физикаJun 26, 20210 citations

ГИБРИДНЫЙ КВАНТОВО-КЛАССИЧЕСКИЙ ПОДХОД ДЛЯ ЗАЩИТЫ НАЗЕМНЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИ

И.Н. Карцан, Аверьянов Виталий Сергеевич

В статье представлены принципы построения сетевых шифраторов, а также идеи классических атак на них. Произведена постановка задачи распределения общего секрета и выявлены плюсы и минусы общепризнанных подходов в квантовой криптографии. Описаны принципы квантового распределения ключей. Приведены основные понятия квантовой криптографии и описан один из вариантов конструкции и реализации системы квантового распределения ключей. Рассмотрены возможные атаки на криптографические системы с протоколами: BB84, SARG04 BB84 (42), B92, DPS, COW, E91 и Decoy state QKD. Выявлен ключевой недостаток квантовой криптографии и предложен метод его устранения посредством возможного введения процедуры биометрической идентификации. Сформулирован и кратко описан один из наиболее распространенных видов атаки Man in the Middle, MITM ( человек посередине ) и возможные способы его предотвращения и противодействия. Отмечаются основные ограничения существующих систем квантового распределения ключей и приводятся области возможного их применения. Рассматривается задача построения быстродействующего шифратора, работающего с использованием квантовых ключей встраиваемых микропроцессорных систем с программируемой логикой. Описывается архитектура, принципы построения ключевой системы, протоколы обмена данными, возможность квантового шифрования и имитозащиты ключа. Приводятся полученные на макете характеристики шифратора. Описывается перспективная задача построения географически распределенной квантовой сети. The article presents the principles of building network encoders, as well as the ideas of classical attacks on them. The statement of the problem of the distribution of the shared secret is carried out, and the pros and cons of generally accepted approaches in quantum cryptography are revealed. The principles of quantum key distribution are described. The basic concepts of quantum cryptography are presented and one of the options for the design and implementation of a quantum key distribution system is described. Possible attacks on cryptographic systems with protocols are considered: BB84, SARG04 BB84 (4 2), B92, DPS, COW, E91 and Decoy state QKD. A key shortcoming of quantum cryptography has been identified and a method has been proposed for its elimination through the possible introduction of a biometric identification procedure. One of the most common types of attacks Man in the Middle, MITM (man in the middle) and possible methods of struggle and counteraction are described and briefly described. The main limitations of the existing systems of quantum key distribution are noted and areas of possible application are given. We consider the problem of constructing a high-speed encoder working using quantum keys of embedded microprocessor systems with programmable logic. The architecture, principles of building a key system, data exchange protocols, quantum encryption and key protection are described. The characteristics of the encoder obtained on the layout are given. The perspective problem of constructing a geographically distributed quantum network is described.Index terms: critical information infrastructure, information security, cryptographic protection of the information, systems approach, protective measures.

Южно-Сибирский научный вестникDec 20, 20192 citations

Оценка средней скорости распределения ключей в оптическом канале связи между беспилотными летательными аппаратами

Филипп Александрович Якименко

В данной работе представлены результаты моделирования средней скорости передачи данных в оптическом канале связи между беспилотными летательными аппаратами. Получены зависимости средней скорости распределения ключей по протоколу BB84 от диаметров выходных и входных линз приемопередающих блоков с учётом ослабления лазерного излучения за счет поглощения атмосферой и возникающей в ней турбулентности.

Jan 1, 20230 citations