Cải thiện giới hạn dưới cho năng lực khóa bí mật của kênh khuếch đại nhiệt

Gan Wang1,2, Carlo Ottaviani2, Hong Guo1, Stefano Pirandola2,3
1State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, School of Electronics Engineering and Computer Science, and Center for Quantum Information Technology, Peking University, Beijing, P.R. China
2Computer Science, University of York, York, UK
3Research Lab of Electronics, MIT, Cambridge, USA

Tóm tắt

Chúng tôi xem xét kênh khuếch đại nhiệt có tiếng ồn, nơi các chế độ tín hiệu được khuếch đại cùng với các chế độ nhiệt môi trường. Chúng tôi tập trung vào năng lực khóa bí mật của kênh này, đây là số lượng tối đa các bit bí mật mà hai bên từ xa có thể tạo ra thông qua giao thức thích ứng tổng quát nhất, được hỗ trợ bởi giao tiếp cổ điển hai chiều không giới hạn. Đối với kênh này chỉ có giới hạn trên và dưới được biết, và trong nghiên cứu này chúng tôi cải thiện giới hạn dưới. Chúng tôi xem xét một giao thức dựa trên các trạng thái nén và phát hiện đồng pha, cả trong hòa giải trực tiếp và ngược. Đặc biệt, chúng tôi giả định rằng tiếng ồn nhiệt đáng tin cậy được trộn trên các bộ tách chùm ánh sáng được điều khiển bởi các bên nhằm hỗ trợ phát hiện đồng pha của họ. Các giới hạn dưới mới được cải thiện cho năng lực khóa bí mật được thu được bằng cách tối ưu hóa tỷ lệ khóa qua phương sai của tiếng ồn đáng tin cậy được tiêm, và độ truyền dẫn của các bộ tách chùm ánh sáng của các bên. Các kết quả của chúng tôi khẳng định rằng có sự phân tách giữa thông tin đồng bộ của kênh khuếch đại nhiệt và năng lực khóa bí mật của nó.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

J. Watrous, The Theory of Quantum Information (Cambridge University Press, Cambridge, 2018) M. Hayashi, Quantum Information Theory: Mathematical Foundation (Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2017) W.K. Wootters, W.H Zurek, Nature 299, 802 (1982) V. Scarani et al., Rev. Mod. Phys. 81, 1301 (2009) S.L. Braunstein, P. van Loock, Rev. Mod. Phys. 77, 513 (2005) C. Weedbrook et al., Rev. Mod. Phys. 84, 621 (2012) T. Serikawa, A. Furusawa, https://doi.org/arXiv:1803.06462 (2018) F. Grosshans et al., Nature 421, 238 (2003) C. Weedbrook et al., Phys. Rev. Lett. 93, 170504 (2004) A.M. Lance et al., Phys. Rev. Lett. 95, 180503 (2005) C. Silberhorn, T.C. Ralph, N. Lütkenhaus, G. Leuchs, Phys. Rev. Lett. 89, 167901 (2002) R. García-Patrón, N.J. Cerf, Phys. Rev. Lett. 102, 130501 (2009) R. Filip, Phys. Rev. A 77, 022310 (2008) V.C. Usenko, R. Filip, Phys. Rev. A 81, 022318 (2010) C. Weedbrook, S. Pirandola, T.C. Ralph, Phys. Rev. Lett. 105, 110501 (2010) C. Weedbrook, S. Pirandola, S. Lloyd, T.C. Ralph, Phys. Rev. A 86, 022318 (2012) C.S. Jacobsen, T. Gehring, U.L. Andersen, Entropy 17, 4654 (2015) V.C. Usenko, R. Filip, Entropy 18, 20 (2016) V.C. Usenko, F. Grosshans, Phys. Rev. A 92, 062337 (2015) A. Leverrier, F. Grosshans, P. Grangier, Phys. Rev. A 81, 062343 (2010) A. Leverrier, Phys. Rev. Lett. 114, 070501 (2015) F. Furrer et al., Phys. Rev. Lett. 109, 100502 (2012) F. Furrer et al., Phys. Rev. Lett. 112, 019902(E) (2014) S. Pirandola, S. Mancini, S. Lloyd, S.L. Braunstein, Nat. Phys. 4, 726 (2008) C. Ottaviani, S. Mancini, S. Pirandola, Phys. Rev. A 92, 062323 (2015) C. Ottaviani, S. Pirandola, Sci. Rep. 6, 22225 (2016) C. Weedbrook, C. Ottaviani, S. Pirandola, Phys. Rev. A 89, 012309 (2014) J.H. Shapiro, Phys. Rev. A 80, 022320 (2009) Q. Zhuang, Z. Zhang, J. Dove, F.N.C. Wong, J.H. Shapiro, Phys. Rev. A 94, 012322 (2016) Q. Zhuang, Z. Zhang, N. Lütkenhaus, J.H. Shapiro, Phys. Rev. A 98, 032332 (2018) S. Ghorai, E. Diamanti, A. Leverrier, Composable security of two-way continuous-variable quantum key distribution, https://doi.org/arXiv:1806.11356 (2018) S. Pirandola et al., Nat. Photon. 9, 397 (2015) C. Ottaviani, G. Spedalieri, S.L. Braunstein, S. Pirandola, Phys. Rev. A 91, 022320 (2015) Z. Li et al., Phys. Rev. A 89, 052301 (2014) Y. Zhang et al., Phys. Rev. A 90, 052325 (2014) P. Papanastasiou, C. Ottaviani, S. Pirandola, Phys. Rev. A 96, 042332 (2017) C. Lupo, C. Ottaviani, P. Papanastasiou, S. Pirandola, Phys. Rev. A 97, 052327 (2018) C. Lupo, C. Ottaviani, P. Papanastasiou, S. Pirandola, Phys. Rev. Lett. 120, 220505 (2018) S. Pirandola, R. Laurenza, C. Ottaviani, L. Banchi, Nat. Commun. 8, 15043 (2017) T.P.W. Cope, L. Hetzel, L. Banchi, S. Pirandola, Phys. Rev. A 96, 022323 (2017) S. Pirandola, R. Laurenza, L. Banchi, Ann. Phys. 400, 289 (2019) T.P.W. Cope, K. Goodenough, S. Pirandola, J. Phys. A: Math. Theor. 51, 494001 (2018) S. Pirandola, S.L. Braunstein, R. Laurenza, C. Ottaviani, T.P.W. Cope, G. Spedalieri, L. Banchi, Quantum Sci. Technol. 3, 035009 (2018) S. Pirandola, R. Laurenza, S.L. Braunstein, Eur. Phys. J. D 72, 162 (2018) C. Ottaviani et al., Quantum Inf. Sci. Technol. II 9996, 999609 (2016) B. Schumacher, M.A. Nielsen, Phys. Rev. A 54, 2629 (1996) S. Lloyd, Phys. Rev. A 55, 1613 (1997) K. Horodecki, M. Horodecki, P. Horodecki, J. Oppenheim, Phys. Rev. Lett. 94, 160502 (2005) A.S. Holevo, R.F. Werner, Phys. Rev. A 63, 032312 (2001) S. Pirandola, R. García-Patrón, S.L. Braunstein, S. Lloyd, Phys. Rev. Lett. 102, 050503 (2009) V. Vedral, Rev. Mod. Phys. 74, 197 (2002) V. Vedral, M.B. Plenio, M.A. Rippin, P.L. Knight, Phys. Rev. Lett. 78, 2275 (1997) V. Vedral, M.B. Plenio, Phys. Rev. A 57, 1619 (1998)