Loading...

The Effects of Non-Gaussian Operations in Increasing the Secure Length of Quantum Communications based on Continuous Variables

Nazemi, Yasaman | 2022

362 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 55599 (04)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Physics
  6. Advisor(s): Bahrampour, Alireza
  7. Abstract:
  8. Quantum key distribution (QKD), as one of the applications in quantum information processing, allows two distant legitimate parties to establish a set of secure keys even in the presence of an untrusted environment controlled by an eavesdropper. In general, QKD mainly includes two families, namely, discrete variable quantum key distribution (DV-QKD) and continuous variable quantum key distribution (CV-QKD). In CV-QKD system, the sender Alice, encodes information on the quadratures of the optical field with Gaussian modulation, and the receiver Bob, decodes the secret information with homodyne or heterodyne detection so that this system promises a higher secret key rate than its DV-QKD counterpart and, thus, has been a subject of increasing interest in recent years. Among CVQKD protocols, the GG02 protocol performs outstandingly over short distances but seems unfortunate to be facing the problem of long-secure distances compared with DV-QKD. Until now, many remarkable theoretical and experimental efforts have been devoted to extending the maximal transmission distance with high rates in CV-QKD systems. As an example the discrete modulation protocols, such as four-state and eight-state protocols. It has been shown that for the eight-state protocol, not only can the secret key rate be improved, but also a transmission distance of more than 100 km can be achieved. Recently, since the non-Gaussian operation can be used for improving the entanglement. In this thesis, it is shown that the success probability for implementing single-photon and two-photon addition and subtraction operations at the variance of two-mode squeezed vacuum (TMSV) state is limited to below 0.3, which may lead to loss more information between Alice and Bob in the process of extracting the secret key. To overcome the limitation, we propose an improved performance scheme for CV-QKD by using another non-Gaussian operation, photon catalysis. We will show that in our simulations, zero-photon catalysis has the best performance so that the transmission distance can exceed up to 200 km. while for the original protocol, it reaches to 100 km.
  9. Keywords:
  10. Quantum Key Distribution ; Non-Gaussian Operation ; Continuous Variable Quantum Key Distribution (CV-QKD) ; Discrete Variable Quantum Key Distribution (DV-QKD) ; CV-QKD Distance Enhancement

 Digital Object List

 Bookmark

  • مقدمه
  • توزیع کلید کوانتومی با متغیرهای پیوسته
    • کوانتش میدان الکترومغناطیسی
    • توزیع کلید کوانتومی با استفاده از متغیرهای پیوسته
      • یک پروتکل عمومی
      • اندازه‌گیری متغیرهای پیوسته
      • کانال‌های ارتباطی کوانتومی
    • پروتکل‌های توزیع کلید کوانتومی با استفاده از متغیرهای پیوسته
      • پروتکل حالت همدوس با استفاده از آشکارسازی هموداین
      • پروتکل بدون کلید
      • پروتکل‌های حالت چلانده
      • طرح مبتنی بر درهم‌تنیدگی
    • تجزیه و تحلیل نرخ کلید امن
    • توزیع کلید کوانتومی‌ متغیر پیوسته با استفاده از مدولاسیون گسسته
  • روزنه‌های امنیتی در پیاده سازی‌های عملی
    • حمله‌ی دامنه‌ی مساوی
    • حمله‌ی طول ‌موجی
    • حمله‌‌ی اشباع
      • اشباع آشکارساز هموداین
      • اصول و مبانی حمله اشباع
    • حمله‌‌ی تنظیم کردن
      • فرض‌های امنیتی و تکنیک‌های کالیبراسیون
      • توصیف حمله‌ی تنظیم کردن
      • اقدام متقابل در برابر حمله‌ی تنظیم کردن
  • عملیات گاوسی و غیر گاوسی
    • توصیف سیستم‌های کوانتومی متغیر پیوسته
    • توابع مشخصه و توزیع‌های شبه احتمال
    • حالت‌های گاوسی
    • حالت‌ها و عملیات غیر گاوسی
  • توزیع کلید کوانتومی متغیر پیوسته با استفاده از عملیات غیر گاوسی
  • جمع بندی و نتیجه‌گیری
  • پیوست الف
  • پیوست ب
  • پیوست پ
  • مراجع
...see more