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2009 Fiscal Year Annual Research Report

量子力学の相補性を利用した量子情報処理の研究

Research Project

Project/Area Number 20540389
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

小芦 雅斗  Osaka University, 大学院・基礎工学研究科, 准教授 (90322099)

Keywords量子暗号 / 量子鍵配送 / 相補性 / 光子分離攻撃 / 単一光子光源 / 光子統計
Research Abstract

粒子の位置と運動量など、互いに共役な関係にある物理量は、どちらか一方を選んで測定はできても、両方を同時に測定することは原理的にできない。このような量子力学の相補性を利用して、量子暗号のセキュリティを証明する一般的な手法の構築を進めており、本年度は、3基底が絡むために2物理量の相補性を用いる証明法と直感的に整合しにくい6状態量子暗号について、相補性の観点からセキュリティがどう証明されるかを明らかにした。
強い位相参照光をもつ2状態量子暗号は、単純ではあるが光子分離攻撃に耐性を持つという特長を持つ。しかし、その無条件安全性については、位相参照光の量子性を考慮せずに済む場合にのみ証明がなされており、その証明を適用するためには局部発振光を二つ用意するなど実装上の困難があった。本年度は、位相参照光を量子化した無条件安全性の証明を行った。この証明法は、局部発振光を送信者のみが用意する通常の実装に対応している。
単一光子光源は、理想的であれば光子分離攻撃を受けつけないために、単純な量子暗号方式により高効率を達成できるはずである。しかし、実際の単一光子光源は、2個以上の光子を放出する確率がゼロではないため、光子分離攻撃を受ける可能性があり、距離が伸びるにつれて、2光子放出確率に対する要求が厳しくなっていく。本年度は、光の一部を分岐して光子検出を行うという単純な改良によって、光子分離攻撃に対する耐性を向上させる手法を提案した。この手法は、3光子以上の放出確率分布の知識を利用しており、同じ光源であっても、高次の光子統計を把握する精度を上げると、実効的には2光子放出確率を下げたのと同様に通信効率が向上するという特長を持つ。

  • Research Products

    (21 results)

All 2010 2009

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (15 results)

  • [Journal Article] Tight bound on coherent-state-based entanglement generation over lossy channels2010

    • Author(s)
      Koji Azuma, et al.
    • Journal Title

      Phsical Review A 81

      Pages: 022325-1-6

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Local Transformation of Two Einstein-Podolsky-Rosen Photon Pairs into a Three-Photon W State2009

    • Author(s)
      Toshiyuki Tashima, et al.
    • Journal Title

      Physical Review Letters 102

      Pages: 130502-1-4

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Simple security proof of quantum key distribution based on complementarity2009

    • Author(s)
      Masato Koashi
    • Journal Title

      New Journal of Physics 11

      Pages: 045018-1-12

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Unconditional security of the Bennett 1992 quantum-key-distribution scheme with a strong reference pulse2009

    • Author(s)
      Kiyoshi Tamaki, et al.
    • Journal Title

      Physical Review A 80

      Pages: 032302-1-9

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Optimal entanglement generation for efficient hybrid quantum repeaters2009

    • Author(s)
      Koji Azuma, et al.
    • Journal Title

      Physical Review A 80

      Pages: 060303(R)-1-4

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Boosting up quantum key distribution by learning statistics of practical single-photon sources2009

    • Author(s)
      Yoritoshi Adachi, et al.
    • Journal Title

      New Journal of Physics 11

      Pages: 113033-1-10

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 量子暗号のセキュリティ理論2010

    • Author(s)
      小芦雅斗
    • Organizer
      応用物理学会・量子エレクトロニクス研究会「量子情報の最前線と今後10年の展開」
    • Place of Presentation
      上智大学軽井沢セミナーハウス
    • Year and Date
      2010-01-09
  • [Presentation] Security of Key Distribution and Complementarity in Quantum Mechanics2009

    • Author(s)
      小芦雅斗
    • Organizer
      The 4th International Conference on Information Theoretic Security (ICITS2009)
    • Place of Presentation
      Granship, 静岡
    • Year and Date
      2009-12-04
  • [Presentation] 量子暗号理論から見た量子系の諸性質の定量的な理解2009

    • Author(s)
      小芦雅斗
    • Organizer
      九州大学応用力学研究所平成21年度共同利用研究集会「非線形波動研究の現状と将来一次の10年への展望」
    • Place of Presentation
      九州大学
    • Year and Date
      2009-11-21
  • [Presentation] Security of QKD based on three bases with threshold detectors2009

    • Author(s)
      小林祐也, 他
    • Organizer
      第20回量子情報技術研究会 (QIT21)
    • Place of Presentation
      電気通信大学
    • Year and Date
      2009-11-05
  • [Presentation] Boosting up quantum key distribution by learning statistics of practical single-photon sources2009

    • Author(s)
      足立頼俊, 他
    • Organizer
      第20回量子情報技術研究会 (QIT21)
    • Place of Presentation
      電気通信大学
    • Year and Date
      2009-11-05
  • [Presentation] Local transformation of two EPR photon pairs into a three-photon W state using a polarization dependent beamsplitter2009

    • Author(s)
      田嶌俊之, et al.
    • Organizer
      International Conference on Quantum Communication and Quantum Networking
    • Place of Presentation
      Grand Hotel Moon Valley, Naples, Italy
    • Year and Date
      2009-10-27
  • [Presentation] エンタングルメントに基づく量子鍵配送における受動基底選択とその効率解析2009

    • Author(s)
      足立頼俊, 他
    • Organizer
      日本物理学会2009年秋季大会
    • Place of Presentation
      熊本大学
    • Year and Date
      2009-09-27
  • [Presentation] Security of practical quantum key distribution based on three bases2009

    • Author(s)
      小林祐也, 他
    • Organizer
      日本物理学会2009年秋季大会
    • Place of Presentation
      熊本大学
    • Year and Date
      2009-09-25
  • [Presentation] DFS-based entanglement distribution through an optical fiber2009

    • Author(s)
      Takashi Yamamoto, et al.
    • Organizer
      QIPC 2009 International Conference on Quantum Information Processing and Communication
    • Place of Presentation
      University Sapienza of Rome, Italy
    • Year and Date
      2009-09-21
  • [Presentation] Passive-decoy-state quantum cryptography with partly characterized sources2009

    • Author(s)
      足立頼俊, et al.
    • Organizer
      QIPC 2009 International Conference on Quantum Information Processing and Communication
    • Place of Presentation
      University Sapienza of Rome, Italy
    • Year and Date
      2009-09-21
  • [Presentation] Complementarity and security of quantum key distribution2009

    • Author(s)
      小芦雅斗
    • Organizer
      The 3rd Conference on Quantum Information and Quantum Control (CQIQCIII)
    • Place of Presentation
      Fields Institute, Toronto, Canada
    • Year and Date
      2009-08-27
  • [Presentation] Preparation of a three-photon W state from two EPR photon pairs by LOCC2009

    • Author(s)
      田嶌俊之, et al.
    • Organizer
      CLEO/Europe-EQEC Conference 2009
    • Place of Presentation
      International Congress Centre, Munich, Germany
    • Year and Date
      2009-06-18
  • [Presentation] 単一光子源の光子統計の習得がもたらす量子鍵配送の効率化2009

    • Author(s)
      足立頼俊, 他
    • Organizer
      第6回 原子・分子・光化学 (AMO) 討論会
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2009-06-12
  • [Presentation] Local transformation of two EPR photon pairs into a three-photon W state2009

    • Author(s)
      田嶌俊之, 他
    • Organizer
      第20回量子情報技術研究会 (QIT20)
    • Place of Presentation
      広島大学
    • Year and Date
      2009-05-22
  • [Presentation] Quantitative relations among different aspects of quantum correlations2009

    • Author(s)
      小芦雅斗
    • Organizer
      The 4th Workshop on Theory of Quantum Computation, Communication, and Cryptography (TQC 2009)
    • Place of Presentation
      University of Waterloo, Canada
    • Year and Date
      2009-05-13

URL: 

Published: 2011-06-16   Modified: 2016-04-21  

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