Skip to main content
Erschienen in: Quantum Information Processing 2/2016

01.02.2016

Four-state quantum key distribution exploiting maximum mutual information measurement strategy

Erschienen in: Quantum Information Processing | Ausgabe 2/2016

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

We propose a four-state quantum key distribution (QKD) scheme using generalized measurement of nonorthogonal states, the maximum mutual information measurement strategy. Then, we analyze the eavesdropping process in intercept–resend and photon number splitting attack scenes. Our analysis shows that in the intercept–resend and photon number splitting attack eavesdropping scenes, our scheme is more secure than BB84 protocol and has higher key generation rate which may be applied to high-density QKD.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat Bennett, C., Brassard G. (eds.): In: Proceedings of IEEE International Conference on Computers. IEEE, New York (1984) Bennett, C., Brassard G. (eds.): In: Proceedings of IEEE International Conference on Computers. IEEE, New York (1984)
2.
Zurück zum Zitat Scarani, V., Bechmann-Pasquinucci, H., Cerf, N.J., Dušek, M., Lütkenhaus, N., Peev, M.: The security of practical quantum key distribution. Rev. Mod. Phys. 81, 1301–1350 (2009)CrossRefADS Scarani, V., Bechmann-Pasquinucci, H., Cerf, N.J., Dušek, M., Lütkenhaus, N., Peev, M.: The security of practical quantum key distribution. Rev. Mod. Phys. 81, 1301–1350 (2009)CrossRefADS
4.
Zurück zum Zitat Lo, H.-K., Curty, M., Qi, B.: Measurement-device-independent quantum key distribution. Phys. Rev. Lett. 108, 130503 (2012)CrossRefADS Lo, H.-K., Curty, M., Qi, B.: Measurement-device-independent quantum key distribution. Phys. Rev. Lett. 108, 130503 (2012)CrossRefADS
6.
Zurück zum Zitat Bechmann-Pasquinucci, H., Peres, A.: Quantum cryptography with 3-state systems. Phys. Rev. Lett. 85(15), 3313–3316 (2000)CrossRefADSMathSciNet Bechmann-Pasquinucci, H., Peres, A.: Quantum cryptography with 3-state systems. Phys. Rev. Lett. 85(15), 3313–3316 (2000)CrossRefADSMathSciNet
7.
8.
Zurück zum Zitat Li, Z., Zhang, Y.-C., Xu, F., Peng, X., Guo, H.: Continuous-variable measurement-device-independent quantum key distribution. Phys. Rev. A 89, 052301 (2014)CrossRefADS Li, Z., Zhang, Y.-C., Xu, F., Peng, X., Guo, H.: Continuous-variable measurement-device-independent quantum key distribution. Phys. Rev. A 89, 052301 (2014)CrossRefADS
9.
Zurück zum Zitat Marshall, K., Weedbrook, C.: Device-independent quantum cryptography for continuous variables. Phys. Rev. A 90, 042311 (2014)CrossRefADS Marshall, K., Weedbrook, C.: Device-independent quantum cryptography for continuous variables. Phys. Rev. A 90, 042311 (2014)CrossRefADS
10.
Zurück zum Zitat Grosshans, F., Grangier, P.: Continuous variable quantum cryptography using coherent states. Phys. Rev. Lett. 88(5), 057902 (2002)CrossRefADS Grosshans, F., Grangier, P.: Continuous variable quantum cryptography using coherent states. Phys. Rev. Lett. 88(5), 057902 (2002)CrossRefADS
11.
Zurück zum Zitat Scarani, V., Acín, A., Ribordy, G., Gisin, N.: Quantum cryptography protocols robust against photon number splitting attacks for weak laser pulse implementations. Phys. Rev. Lett. 92, 057901 (2004)CrossRefADS Scarani, V., Acín, A., Ribordy, G., Gisin, N.: Quantum cryptography protocols robust against photon number splitting attacks for weak laser pulse implementations. Phys. Rev. Lett. 92, 057901 (2004)CrossRefADS
12.
Zurück zum Zitat Li, Y., Bao, W.-S., Li, H.-W., Zhou, C., Wang, Y.: Passive decoy-state quantum key distribution using weak coherent pulses with intensity fluctuations. Phys. Rev. A 89(3), 032329 (2014)CrossRefADS Li, Y., Bao, W.-S., Li, H.-W., Zhou, C., Wang, Y.: Passive decoy-state quantum key distribution using weak coherent pulses with intensity fluctuations. Phys. Rev. A 89(3), 032329 (2014)CrossRefADS
13.
Zurück zum Zitat Xu, F., Xu, H., Lo, H.-K.: Protocol choice and parameter optimization in decoy-state measurement-device-independent quantum key distribution. Phys. Rev. A 89, 052333 (2014)CrossRefADS Xu, F., Xu, H., Lo, H.-K.: Protocol choice and parameter optimization in decoy-state measurement-device-independent quantum key distribution. Phys. Rev. A 89, 052333 (2014)CrossRefADS
14.
Zurück zum Zitat Hwang, W.-Y.: Quantum key distribution with high loss: toward global secure communication. Phys. Rev. Lett. 91, 057901 (2003)CrossRefADS Hwang, W.-Y.: Quantum key distribution with high loss: toward global secure communication. Phys. Rev. Lett. 91, 057901 (2003)CrossRefADS
15.
Zurück zum Zitat Wang, X.-B.: Beating the photon-number-splitting attack in practical quantum cryptography. Phys. Rev. Lett. 94, 230503 (2005)CrossRefADS Wang, X.-B.: Beating the photon-number-splitting attack in practical quantum cryptography. Phys. Rev. Lett. 94, 230503 (2005)CrossRefADS
16.
Zurück zum Zitat Lo, H.-K., Ma, X., Chen, K.: Decoy state quantum key distribution. Phys. Rev. Lett. 94, 230504 (2005)CrossRefADS Lo, H.-K., Ma, X., Chen, K.: Decoy state quantum key distribution. Phys. Rev. Lett. 94, 230504 (2005)CrossRefADS
17.
Zurück zum Zitat Ma, X., Qi, B., Zhao, Y., Lo, H.-K.: Practical decoy state for quantum key distribution. Phys. Rev. A 72, 012326 (2005)CrossRefADS Ma, X., Qi, B., Zhao, Y., Lo, H.-K.: Practical decoy state for quantum key distribution. Phys. Rev. A 72, 012326 (2005)CrossRefADS
18.
Zurück zum Zitat Zhang, P., Aungskunsiri, K., Martín-López, E., Wabnig, J., Lobino, M., Nock, R.W., Munns, J., Bonneau, D., Jiang, P., Li, H.W., Laing, A., Rarity, J.G., Niskanen, A.O., Thompson, M.G., O’Brien, J.L.: J. Reference-frame-independent quantum-key-distribution server with a telecom tether for an on-chip client. Phys. Rev. Lett. 112, 130501 (2014)CrossRefADS Zhang, P., Aungskunsiri, K., Martín-López, E., Wabnig, J., Lobino, M., Nock, R.W., Munns, J., Bonneau, D., Jiang, P., Li, H.W., Laing, A., Rarity, J.G., Niskanen, A.O., Thompson, M.G., O’Brien, J.L.: J. Reference-frame-independent quantum-key-distribution server with a telecom tether for an on-chip client. Phys. Rev. Lett. 112, 130501 (2014)CrossRefADS
19.
Zurück zum Zitat Laing, A., Scarani, V., Rarity, J.G., O’Brien, J.L.: Reference-frame-independent quantum key distribution. Phys. Rev. A 82, 012304 (2010)CrossRefADS Laing, A., Scarani, V., Rarity, J.G., O’Brien, J.L.: Reference-frame-independent quantum key distribution. Phys. Rev. A 82, 012304 (2010)CrossRefADS
20.
Zurück zum Zitat Wabnig, J., Bitauld, D., Li, H., Laing, A., O’Brien, J., Niskanen, A.: Demonstration of free-space reference frame independent quantum key distribution. New J. Phys. 15(7), 073001 (2013)CrossRefADS Wabnig, J., Bitauld, D., Li, H., Laing, A., O’Brien, J., Niskanen, A.: Demonstration of free-space reference frame independent quantum key distribution. New J. Phys. 15(7), 073001 (2013)CrossRefADS
21.
Zurück zum Zitat Gisin, N., Ribordy, G., Tittel, W., Zbinden, H.: Quantum cryptography. Rev. Mod. Phys. 74, 145–195 (2002)CrossRefADS Gisin, N., Ribordy, G., Tittel, W., Zbinden, H.: Quantum cryptography. Rev. Mod. Phys. 74, 145–195 (2002)CrossRefADS
22.
Zurück zum Zitat Sasaki, M., Hirota, O.: Optimum decision scheme with a unitary control process for binary quantum-state signals. Phys. Rev. A 54, 2728–2736 (1996)CrossRefADS Sasaki, M., Hirota, O.: Optimum decision scheme with a unitary control process for binary quantum-state signals. Phys. Rev. A 54, 2728–2736 (1996)CrossRefADS
23.
Zurück zum Zitat Lu, Y., Coish, N., Kaltenbaek, R., Hamel, D.R., Croke, S., Resch, K.J.: Minimum-error discrimination of entangled quantum states. Phys. Rev. A 82(4), 042340 (2010)CrossRefADS Lu, Y., Coish, N., Kaltenbaek, R., Hamel, D.R., Croke, S., Resch, K.J.: Minimum-error discrimination of entangled quantum states. Phys. Rev. A 82(4), 042340 (2010)CrossRefADS
24.
Zurück zum Zitat Huttner, B., Muller, A., Gautier, J.D., Zbinden, H., Gisin, N.: Unambiguous quantum measurement of nonorthogonal states. Phys. Rev. A 54(5), 3783–3789 (1996)CrossRefADSMathSciNet Huttner, B., Muller, A., Gautier, J.D., Zbinden, H., Gisin, N.: Unambiguous quantum measurement of nonorthogonal states. Phys. Rev. A 54(5), 3783–3789 (1996)CrossRefADSMathSciNet
25.
Zurück zum Zitat Dusek, M., Jahma, M., Lutkenhaus, N.: Unambiguous state discrimination in quantum cryptography with weak coherent states. Phys. Rev. A 62(2), 022306 (2000)CrossRefADS Dusek, M., Jahma, M., Lutkenhaus, N.: Unambiguous state discrimination in quantum cryptography with weak coherent states. Phys. Rev. A 62(2), 022306 (2000)CrossRefADS
26.
Zurück zum Zitat Clarke, R., Chefles, A., Barnett, S., Riis, E.: Experimental demonstration of optimal unambiguous state discrimination. Phys. Rev. A 63(4), 040305 (2001)CrossRefADS Clarke, R., Chefles, A., Barnett, S., Riis, E.: Experimental demonstration of optimal unambiguous state discrimination. Phys. Rev. A 63(4), 040305 (2001)CrossRefADS
27.
Zurück zum Zitat Croke, S., Andersson, E., Barnett, S.M., Gilson, C.R., Jeffers, J.: Maximum confidence quantum measurements. Phys. Rev. Lett. 96, 070401 (2006)CrossRefADS Croke, S., Andersson, E., Barnett, S.M., Gilson, C.R., Jeffers, J.: Maximum confidence quantum measurements. Phys. Rev. Lett. 96, 070401 (2006)CrossRefADS
28.
Zurück zum Zitat Jiménez, O., Solís-Prosser, M.A., Delgado, A., Neves, L.: Maximum-confidence discrimination among symmetric qudit states. Phys. Rev. A 84, 062315 (2011)CrossRefADS Jiménez, O., Solís-Prosser, M.A., Delgado, A., Neves, L.: Maximum-confidence discrimination among symmetric qudit states. Phys. Rev. A 84, 062315 (2011)CrossRefADS
29.
Zurück zum Zitat Croke, S., Mosley, P., Barnett, S., Walmsley, I.: Maximum confidence measurements and their optical implementation. Eur. Phys. J. D 41(3), 589–598 (2007)CrossRefADS Croke, S., Mosley, P., Barnett, S., Walmsley, I.: Maximum confidence measurements and their optical implementation. Eur. Phys. J. D 41(3), 589–598 (2007)CrossRefADS
30.
Zurück zum Zitat Clarke, R., Kendon, V., Chefles, A., Barnett, S., Riis, E., Sasaki, M.: Experimental realization of optimal detection strategies for overcomplete states. Phys. Rev. A 64(1), 012303 (2001)CrossRefADS Clarke, R., Kendon, V., Chefles, A., Barnett, S., Riis, E., Sasaki, M.: Experimental realization of optimal detection strategies for overcomplete states. Phys. Rev. A 64(1), 012303 (2001)CrossRefADS
31.
Zurück zum Zitat Huttner, B., Imoto, N., Gisin, N., Mor, T.: Quantum cryptography with coherent states. Phys. Rev. A 51(3), 1863–1869 (1995)CrossRefADS Huttner, B., Imoto, N., Gisin, N., Mor, T.: Quantum cryptography with coherent states. Phys. Rev. A 51(3), 1863–1869 (1995)CrossRefADS
32.
Zurück zum Zitat Sasaki, M., Barnett, S.M., Jozsa, R., Osaki, M., Hirota, O.: Accessible information and optimal strategies for real symmetrical quantum sources. Phys. Rev. A 59, 3325–3335 (1999)CrossRefADS Sasaki, M., Barnett, S.M., Jozsa, R., Osaki, M., Hirota, O.: Accessible information and optimal strategies for real symmetrical quantum sources. Phys. Rev. A 59, 3325–3335 (1999)CrossRefADS
33.
Zurück zum Zitat Yuen, H.P., Kennedy, R.S., Lax, M.: Optimum testing of multiple hypotheses in quantum detection theory. IEEE Trans. Inform. Theory 21(2), 125–134 (1975)CrossRefMathSciNetMATH Yuen, H.P., Kennedy, R.S., Lax, M.: Optimum testing of multiple hypotheses in quantum detection theory. IEEE Trans. Inform. Theory 21(2), 125–134 (1975)CrossRefMathSciNetMATH
34.
Zurück zum Zitat Ban, M., Kurokawa, K., Momose, R., Hirota, O.: Optimum measurements for discrimination among symmetric quantum states and parameter estimation. Int. J. Theor. Phys. 36(6), 1269–1288 (1997)CrossRefMathSciNetMATH Ban, M., Kurokawa, K., Momose, R., Hirota, O.: Optimum measurements for discrimination among symmetric quantum states and parameter estimation. Int. J. Theor. Phys. 36(6), 1269–1288 (1997)CrossRefMathSciNetMATH
35.
Zurück zum Zitat Grazioso, F., Grosshans, F.: Quantum-key-distribution protocols without sifting that are resistant to photon-number-splitting attacks. Phys. Rev. A 88, 052302 (2013)CrossRefADS Grazioso, F., Grosshans, F.: Quantum-key-distribution protocols without sifting that are resistant to photon-number-splitting attacks. Phys. Rev. A 88, 052302 (2013)CrossRefADS
36.
Zurück zum Zitat Brassard, G., Lütkenhaus, N., Mor, T., Sanders, B.C.: Limitations on practical quantum cryptography. Phys. Rev. Lett. 85, 1330–1333 (2000)CrossRefADS Brassard, G., Lütkenhaus, N., Mor, T., Sanders, B.C.: Limitations on practical quantum cryptography. Phys. Rev. Lett. 85, 1330–1333 (2000)CrossRefADS
37.
Zurück zum Zitat Lütkenhaus, N.: Security against individual attacks for realistic quantum key distribution. Phys. Rev. A 61, 052304 (2000)CrossRefADS Lütkenhaus, N.: Security against individual attacks for realistic quantum key distribution. Phys. Rev. A 61, 052304 (2000)CrossRefADS
38.
Zurück zum Zitat Barnett, S.M., Croke, S.: Quantum state discrimination. Adv. Opt. Photonics 1(2), 238 (2009)CrossRef Barnett, S.M., Croke, S.: Quantum state discrimination. Adv. Opt. Photonics 1(2), 238 (2009)CrossRef
39.
Zurück zum Zitat Franke-Arnold, S., Jeffers, J.: Unambiguous state discrimination in high dimensions. Eur. Phys. J. D 66(7), 1–4 (2012)CrossRef Franke-Arnold, S., Jeffers, J.: Unambiguous state discrimination in high dimensions. Eur. Phys. J. D 66(7), 1–4 (2012)CrossRef
Metadaten
Titel
Four-state quantum key distribution exploiting maximum mutual information measurement strategy
Publikationsdatum
01.02.2016
Erschienen in
Quantum Information Processing / Ausgabe 2/2016
Print ISSN: 1570-0755
Elektronische ISSN: 1573-1332
DOI
https://doi.org/10.1007/s11128-015-1173-z

Weitere Artikel der Ausgabe 2/2016

Quantum Information Processing 2/2016 Zur Ausgabe

Neuer Inhalt