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量子暗号では、デコイ状態 量子鍵配布(QKD) プロトコルが最も広く実装されている QKD 方式です。実用的な QKD システムは、標準のBB84プロトコルとは対照的に、複数の光子源を使用するため、光子数分割(PNS) 攻撃を受けやすくなります。これにより、実用的な QKD システムでの安全な伝送速度または最大チャネル長が大幅に制限されます。デコイ状態技術では、実用的な QKD システムのこの基本的な弱点は、送信機のソースで複数の強度レベルを使用することで対処されます。つまり、量子ビットは、ランダムに選択された強度レベル (1 つの信号状態といくつかのデコイ状態) を使用してアリスによって送信され、チャネル全体で光子数統計が変化します。送信の最後に、アリスは各量子ビットの送信にどの強度レベルが使用されたかを公に発表します。PNS 攻撃を成功させるには、受信側でビット エラー レート (BER) を維持する必要があり、これは複数の光子数統計では実現できません。各強度レベルに関連付けられた BER を監視することにより、2 つの正当な当事者は、安全な伝送速度または最大チャネル長を大幅に向上させた PNS 攻撃を検出できるようになり、QKD システムを実際のアプリケーションに適したものにすることができます。
モチベーション
BB84などの QKD プロトコルのセキュリティ証明では、送信者である Alice が単一光子源を使用することが想定されています。実際には、完全な単一光子源は存在しません。代わりに、弱いコヒーレント状態レーザー源などの実用的な源が QKD に広く使用されています。これらの実用的な QKD 源の主な問題は、その多光子コンポーネントにあります。Alice が多光子状態を量子情報キャリアとして使用すると、深刻なセキュリティの抜け穴が存在します。多光子コンポーネントを使用すると、盗聴者である Eve は原理的に光子を分割し、1 つの光子を保持し、残りを Bob に送信できます。Alice と Bob が基底情報を発表すると、Eve は傍受した光子を測定して重要な情報を取得できます。チャネルに損失がある場合、Eve は光子数分割攻撃などのより高度な攻撃を開始できます。多光子状態の影響を最小限に抑えるために、Alice は非常に弱いレーザー源を使用する必要があります。その結果、QKD の速度が比較的低くなります。デコイ状態法は、1つの光子強度ではなく、いくつかの異なる光子強度を使用してこの多光子問題を解決するために提案されています。デコイ状態を使用すると、コヒーレント状態光源や予告パラメトリックダウンコンバージョン（PDC）光源などの実用的な光源は、単一光子光源とほぼ同等の性能を発揮します。[1]
発達
デコイ状態方式は、ノースウェスタン大学のウォン・ヨン・ファン氏によって提案されました。[2]その後、光子数チャネルモデルを開発し、無限の数のデコイ状態の使用を想定することで、その安全性が証明されました。[3]一般的な実用的なデコイ状態方式では、真空デコイと弱いデコイの2つのデコイ状態のみが必要です。この真空+弱いデコイ状態方式は、トロント大学のホイ・クォン・ロー氏によって最初に提案され、[4]その後、他の人によって分析されました。[5] [6]真空と弱いデコイ状態のみで、達成されたキーレートは無限のデコイ状態の場合に非常に近いことが示されています。[6]
実験的デモンストレーション
最初のデコイ状態法の実験は、Hoi-Kwong Lo のグループと協力者の Li Qian によって行われ、[7] 1 デコイ状態法[6]が採用されました。伝送距離は 15 km、鍵生成速度は 165 bit/s です。その後、60 km の光ファイバーを介して真空 + 弱いデコイ状態法を使用して、より長距離の QKD が実証されました。[8]その後、3 つの実験グループが 100 km の距離でデコイ状態法を実証しました。[9] [10] [11]その後も多くのデモンストレーションが行われています。[12] [13]
非コヒーレント状態ソースを使用したデコイ状態QKD
非コヒーレント状態ソースを用いたデコイ状態QKDプロトコルも解析されている。デコイ状態が受動的に準備されるパッシブデコイ状態プロトコルは、パラメトリックダウンコンバージョンソースとして提案されている。[14] [15]
参照
参考文献
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外部リンク
- ワールドサイエンティフィック