شعار زيفيرنت

قفل البيانات الكمومية الضوئية

التاريخ:


زيكسين هوانغ1، بيتر ب. رود2، دومينيك دبليو بيري3بيتر كوك1، جوناثان ب.داولينج4,5,6,7، وكوزمو لوبو1

1قسم الفيزياء والفلك ، جامعة شيفيلد ، المملكة المتحدة
2مركز برامج ومعلومات الكم (QSI) ، كلية الهندسة وتكنولوجيا المعلومات ، جامعة التكنولوجيا سيدني ، نيو ساوث ويلز 2007 ، أستراليا
3قسم الفيزياء والفلك ، جامعة ماكواري ، سيدني ، نيو ساوث ويلز 2109 ، أستراليا
4معهد هيرني للفيزياء النظرية وقسم الفيزياء والفلك ، جامعة ولاية لويزيانا ، باتون روج ، لويزيانا 70803 ، الولايات المتحدة الأمريكية
5المعهد الوطني لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات ، 4-2-1 ، نوكوي كيتاماتشي ، كوجاني ، طوكيو 184-8795 ، اليابان
6معهد NYU-ECNU للفيزياء في جامعة نيويورك شنغهاي ، شنغهاي 200062 ، الصين
7مختبر الحوسبة الكمومية CAS-Alibaba ، USTC ، شنغهاي 201315 ، الصين

تجد هذه الورقة مثيرة للاهتمام أو ترغب في مناقشة؟ Scite أو ترك تعليق على SciRate.

ملخص

قفل البيانات الكمومية هو ظاهرة كمومية تسمح لنا بتشفير رسالة طويلة بمفتاح سري صغير مع أمان نظري للمعلومات. هذا في تناقض حاد مع نظرية المعلومات الكلاسيكية حيث ، وفقًا لشانون ، يجب أن يكون المفتاح السري بطول الرسالة على الأقل. هنا نستكشف البنى الضوئية لقفل البيانات الكمومية ، حيث يتم تشفير المعلومات في حالات متعددة الفوتونات ومعالجتها باستخدام البصريات الخطية متعددة الأوضاع والكشف عن الصور ، بهدف توسيع مفتاح سري أولي إلى مفتاح أطول. يعتمد استهلاك المفتاح السري على عدد الأنماط والفوتونات المستخدمة. في حد عدم الاصطدام ، حيث يتم قمع احتمالية تجميع الفوتون ، يظهر استهلاك المفتاح على أنه لوغاريتمي في أبعاد النظام. يمكن اعتبار بروتوكولنا بمثابة تطبيق لفيزياء أخذ العينات البوزونية في التشفير الكمي. تعتبر الإنجازات التجريبية صعبة ولكنها ممكنة باستخدام أحدث التقنيات ، حيث يمكن تكييف التقنيات المستخدمة مؤخرًا لإثبات أخذ عينات Boson مع مخططنا (على سبيل المثال ، Phys. Rev. Lett.123، 250503، 2019).

نقترح بروتوكول تشفير بالمفتاح الخاص يستغل أخذ عينات البوزون ويثبت أمانه ضد متنصت يتمتع بقدرة غير محدودة في الحساب الكمي ولكن ذاكرة كمومية غير كاملة. مخططنا آمن حتى للأعداد الصغيرة من الأنماط والفوتونات وقوي ضد الضوضاء والضياع ، وبالتالي يمثل أول تطبيق عملي لأخذ عينات Boson للاتصالات. تقدم Boson-Sampling كفاءة أكثر من توزيع المفتاح الكمي (QKD) مع زيادة هائلة في قدرة الاتصال باستخدام موارد متعددة الحدود.

► بيانات BibTeX

ferences المراجع

[1] كلود إي شانون. نظرية الاتصال لأنظمة السرية. مجلة نظام بيل التقنية ، 28 (4): 656-715 ، 1949.

[2] ديفيد ب. ديفينسينزو ، وميشاي هوروديكي ، وديبي دبليو ليونج ، وجون إيه سمولين ، وباربرا إم تيرهال. قفل الارتباطات الكلاسيكية في الحالات الكمومية. فيز. القس Lett.، 92: 067902، فبراير 2004. 10.1103 / PhysRevLett.92.067902.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.92.067902

[3] سايكات جوها وباتريك هايدن وهاري كروفي وسيث لويد وكوزمو لوبو وجيفري إتش شابيرو وماساهيرو تاكيوكا ومارك إم وايلد. آلات الألغاز الكمومية وقدرة قفل القناة الكمومية. فيز. القس X ، 4: 011016 ، يناير 2014. 10.1103 / PhysRevX.4.011016.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.4.011016

[4] كوزمو لوبو وسيث لويد. توزيع المفتاح المقفل الكم بمعدل السعة الكلاسيكي تقريبًا. فيز. القس Lett.، 113: 160502، أكتوبر 2014. 10.1103 / PhysRevLett.113.160502.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.160502

[5] كوزمو لوبو. قفل البيانات الكمي للتواصل الآمن ضد المتنصت بتخزين محدود زمنياً. إنتروبيا ، 17 (5): 3194-3204 ، 2015.

[6] باتريك هايدن وديبي ليونج وبيتر دبليو شور وأندرياس وينتر. التوزيع العشوائي للحالات الكمية: الإنشاءات والتطبيقات. الاتصالات في الفيزياء الرياضية ، 250 (2): 371-391 ، 2004. 10.1007 / s00220-004-1087-6.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-004-1087-6

[7] عمر فوزي ، باتريك هايدن ، والسناتور براناب من الزخارف ذات التشويه المنخفض إلى علاقات عدم اليقين الصريحة وقفل المعلومات الفعال. مجلة ACM ، 60:44 ، 2013. 10.1145 / 2518131.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 2518131

[8] ستيفاني وينر وأندرياس وينتر. علاقات عدم اليقين الحتمية - مسح. المجلة الجديدة للفيزياء ، 12 (2): 025009 ، فبراير 2010. 10.1088 / 1367-2630 / 12/2/025009.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​2/​025009

[9] باتريك جيه كولز وماريو بيرتا وماركو توماميشل وستيفاني وينر. علاقات عدم اليقين الحتمية وتطبيقاتها. القس وزارة الدفاع. Phys.، 89: 015002، Feb 2017. 10.1103 / RevModPhys.89.015002.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.89.015002

[10] سيث لويد. آلات اللغز الكمومي. إصدار arXiv التمهيدي arXiv: 1307.0380 ، 2013.
أرخايف: 1307.0380

[11] أندرياس وينتر. يمكن أن تكون قدرة القفل الضعيفة للقنوات الكمية أكبر بكثير من السعة الخاصة. مجلة التشفير ، 30 (1): 1-21 ، يناير 2017. ISSN 1432-1378. 10.1007 / s00145-015-9215-3.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00145-015-9215-3

[12] كوزمو لوبو وسيث لويد. قفل البيانات الكمي للتواصل الخاص عالي السعر. المجلة الجديدة للفيزياء ، 17 (3): 033022 ، 2015. 10.1088 / 1367-2630 / 17/3/033022.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​3/​033022

[13] دانيال جيه لوم ، جون سي هويل ، إم إس ألمان ، توماس جيريتس ، فارون بي فيرما ، ساي وو نام ، كوزمو لوبو ، وسيث لويد. آلة الألغاز الكمومية: تُظهر تجريبياً قفل البيانات الكمومية. فيز. القس أ ، 94: 022315 ، أغسطس 2016. 10.1103 / PhysRevA.94.022315.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.022315

[14] Yang Liu و Zhu Cao و Cheng Wu و Daiji Fukuda و Lixing You و Jiaqiang Zhong و Takayuki Numata و Sijing Chen و Weijun Zhang و Sheng-Cai Shi و Chao-Yang Lu و Zhen Wang و Xiongfeng Ma و Jingyun Fan و Qiang Zhang و جيان وي بان. قفل البيانات الكمومية التجريبية. فيز. القس أ ، 94: 020301 ، أغسطس 2016. 10.1103 / PhysRevA.94.020301.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.020301

[15] جيلينا نوتاروس ، جاكوب موور ، ميكيل هيك ، كوزمو لوبو ، نيكولاس سي هاريس ، جريجوري آر ستاينبرشر ، داريوس بوناندر ، توم بيهر جونز ، مايكل هوشبيرج ، سيث لويد ، وديرك إنجلوند. تشتت قابل للبرمجة على دائرة ضوئية متكاملة للتطبيقات الكلاسيكية والكمية. يختار، يقرر. Express ، 25 (18): 21275–21285 ، سبتمبر 2017. 10.1364 / OE.25.021275.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1364 / OE.25.021275

[16] دانييل كوزولينو ، بياتريس دا ليو ، دافيد باكو ، وليف كاتسو أوكسينلوي. الاتصال الكمي عالي الأبعاد: الفوائد والتقدم والتحديات المستقبلية. تقنيات الكم المتقدمة ، 2 (12): 1900038 ، 2019. 10.1002 / qute.201900038.
https: / / doi.org/ 10.1002 / qute.201900038

[17] يو هي ، X. دينغ ، Z.-E. سو ، H.-L. هوانغ ، جيه كين ، سي وانغ ، إس. أنسلبر ، سي تشين ، إتش وانغ ، واي. - إم. هو ، X.-L. وانغ ، دبليو- جيه. تشانغ ، S.-J. تشين ، سي شنايدر ، إم. كامب ، إل- إكس. أنت و Z. Wang و S. Höfling و Chao-Yang Lu و Jian-Wei Pan. أخذ عينات بوزونات مشفرة بالوقت باستخدام جهاز فوتون واحد. فيز. القس Lett. ، 118: 190501 ، مايو 2017. 10.1103 / PhysRevLett.118.190501.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.190501

[18] Han-Sen Zhong ، Yuan Li ، Wei Li ، Li-Chao Peng ، Zu-En Su ، Yi Hu ، Yu-Ming He ، Xing Ding ، Weijun Zhang ، Hao Li ، Lu Zhang ، Zhen Wang ، Lixing You ، Xi-Lin وانغ ، وشياو جيانغ ، ولي لي ، ويو آو تشين ، وناي لي ليو ، وتشاو يانغ لو ، وجيان وي بان. تشابك 12 فوتونًا وأخذ عينات بوزونات مبعثرة قابلة للتطوير مع أزواج الفوتون المتشابكة المثلى من التحويل إلى أسفل حدودي. فيز. القس Lett.، 121: 250505، ديسمبر 2018. 10.1103 / PhysRevLett.121.250505.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.250505

[19] هوي وانغ ، جيان تشين ، شينغ دينغ ، مينغ تشنغ تشن ، سي تشين ، شيانغ يو ، يو مينغ هي ، شياو جيانغ ، إل يو ، ز. وانغ ، سي شنايدر ، جيلمر ج. رينيما ، سفين هوفلينج ، تشاو- يانغ لو ، وجيان وي بان. أخذ عينات Boson مع 20 فوتون إدخال ومقياس تداخل 60 وضعًا في مساحة هيلبرت 1 دولار {0} ^ {14} $. فيز. القس Lett.، 123: 250503، Dec 2019a. 10.1103 / PhysRevLett.123.250503.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.250503

[20] باولو أنيلو وكوزمو لوبو وماريو نابوليتانو. استكشاف نظرية تمثيل المجموعات الوحدوية عبر الأجهزة السلبية البصرية الخطية. افتح الأنظمة. & إنف. ديناميات ، 13: 415 ، 2006. 10.1007 / s11080-006-9023-1.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11080-006-9023-1

[21] فريديريك دوبوي ، وجان فلورجانشيك ، وباتريك هايدن ، وديبي ليونغ. حدود قفل فك التشفير للديناميكيات العامة. بروك. R. Soc. A، 469: 2159، 2013. 10.1098 / rspa.2013.0289.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2013.0289

[22] هوانغ زيكسين وبيتر كوك وكوزمو لوبو. حماية مخرجات الكمبيوتر الكمومي بأخذ عينات دائرة عشوائية. arXiv: 2003.11470 ، 2020.
أرخايف: 2003.11470

[23] مارك إم وايلد. نظرية المعلومات الكمومية. مطبعة جامعة كامبريدج ، 2013.

[24] CH Bennett و G.Brasard و J.-M. روبرت. تضخيم الخصوصية من خلال المناقشة العامة. SIAM J. Comput. ، 17: 210 ، 1988.

[25] Radosław Adamczak. علاقات عدم اليقين في الدقة المترية والكلاسيكية للمصفوفات الوحدوية العشوائية. مجلة الفيزياء أ: الرياضيات والنظرية ، 50 (10): 105302 ، فبراير 2017. 10.1088 / 1751-8121 / aa5662.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1088 / 1751-8121 / aa5662

[26] مايكل ريك ، أنطون زيلينجر ، هربرت ج.برنشتاين ، وفيليب بيرتاني. الإدراك التجريبي لأي مشغل وحدوي منفصل. فيز. القس ليت. ، 73 (1): 58-61 ، يوليو 1994. 10.1103 / PhysRevLett.73.58.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.73.58

[27] وليم ر. كليمنتس ، وبيتر سي همفريز ، وبنجامين ج. ميتكالف ، وو. ستيفن كولثامر ، وإيان إيه والمسلي. التصميم الأمثل لمقاييس التداخل الشاملة متعددة المنافذ. Optica ، 3 (12): 1460-1465 ، ديسمبر 2016. 10.1364 / OPTICA.3.001460.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.3.001460

[28] كوزمو لوبو ، مارك إم وايلد ، وسيث لويد. بيانات كمومية قوية قفل من تعديل الطور. فيز. القس أ ، 90: 022326 ، أغسطس 2014. 10.1103 / PhysRevA.90.022326.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.022326

[29] ب. دروموند ، ب. أوبانتشوك ، إل روزاليس-زاراتي ، إم دي ريد ، وبي جيه فوريستر. تحجيم تجارب أخذ عينات البوزون. فيز. القس أ ، 94: 042339 ، أكتوبر 2016. 10.1103 / PhysRevA.94.042339.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.042339

[30] رودولف أهلسويد وأندرياس وينتر. حديث قوي لتحديد الهوية عبر القنوات الكمومية. معاملات IEEE على نظرية المعلومات ، 48 (3): 569-579 ، 2002. 10.1109 / 18.985947.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1109 / 18.985947

[31] أندرياس مورير. حد على احتمال الانحراف لمجموع المتغيرات العشوائية غير السالبة. عدم المساواة في الرياضيات البحتة والتطبيقية ، 4 (1): 15 ، 2003.

[32] هوي وانغ ، جيان تشين ، شينغ دينغ ، مينغ تشنغ تشن ، سي تشين ، شيانغ يو ، يو مينغ هي ، شياو جيانغ ، إل يو ، ز. وانغ ، سي شنايدر ، جيلمر ج. رينيما ، سفين هوفلينج ، تشاو- يانغ لو ، وجيان وي بان. أخذ عينات Boson مع 20 فوتونًا إدخالًا ومقياس تداخل 60 وضعًا في مساحة هيلبرت 1 $ {0} ^ {14} $ الأبعاد. فيز. القس Lett.، 123: 250503، Dec 2019b. 10.1103 / PhysRevLett.123.250503.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.250503

[33] سكوت آرونسون وأليكس آركييبوف. التعقيد الحسابي للبصريات الخطية. في وقائع ندوة ACM السنوية الثالثة والأربعين حول نظرية الحوسبة ، الصفحات 333-342. ACM ، 2011. 10.1145 / 1993636.1993682.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 1993636.1993682

[34] سكوت آرونسون وأليكس آركييبوف. أخذ عينات Boson بعيدًا عن الزي الرسمي. معلومات الكم والحساب ، 14 (15-16): 1383-1423 ، 2014. http: / / arXiv: 1309.7460.
أرخايف: 1309.7460

[35] ستيفان شيل. الدائم في الشبكات الضوئية الخطية. https: / / arxiv.org/ abs / quant-ph / 0406127، 2004.
أرخايف: ضليع في الرياضيات، وعل / 0406127

دليلنا يستخدم من قبل

[1] رافائيل أ.أبراهاو وأوستن بي لوند ، "أخذ عينات بوسون مع القياس الفعال والتحقق الفعال" ، أرخايف: 1812.08978.

[2] خوان كارلوس جارسيا إسكارتين ، "الوظائف الفيزيائية غير القابلة للاستنساخ مع أخذ عينات البوزون" ، أرخايف: 1911.08417.

[3] دومينيك هانجليتر ، "أخذ العينات وتعقيد الطبيعة" ، أرخايف: 2012.07905.

[4] Yanyan Feng و Ronghua Shi و Jinjing Shi و Wei Zhao و Yuhu Lu و Yongze Tang ، "بروتوكول التوقيع الكمي المحكم مع التشفير الأحادي العشوائي القائم على عينات البوزون" ، مجلة الفيزياء والرياضيات العامة 53 13 ، 135301 (2020).

[5] Zixin Huang و Pieter Kok و Cosmo Lupo ، "حماية إخراج الكمبيوتر الكمومي بأخذ عينات دائرة عشوائية" ، أرخايف: 2003.11470.

الاستشهادات المذكورة أعلاه من إعلانات ساو / ناسا (تم آخر تحديث بنجاح 2021-04-28 12:13:40). قد تكون القائمة غير كاملة نظرًا لأن جميع الناشرين لا يقدمون بيانات اقتباس مناسبة وكاملة.

لا يمكن أن تجلب استشهد تبادل البيانات أثناء آخر محاولة 2021-04-28 12:13:38: لا يمكن جلب البيانات المستشهد بها من 10.22331 / q-2021-04-28-447 من Crossref. هذا أمر طبيعي إذا تم تسجيل DOI مؤخرًا.

كوينسمارت. Beste Bitcoin-Börse في أوروبا
المصدر: https://quantum-journal.org/papers/q-2021-04-28-447/

بقعة_صورة

أحدث المعلومات الاستخباراتية

بقعة_صورة

الدردشة معنا

أهلاً! كيف يمكنني مساعدك؟