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量子暗号のセキュリティ理論の構築と量子通信の理論限界の解明

Research Project

Project/Area Number 17J04177
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Atomic/Molecular/Quantum electronics
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

水谷 明博  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords量子鍵配送 / 情報理論的安全性
Outline of Annual Research Achievements

量子暗号の実現に向けた研究を行い、以下に示す3本の論文を発表した。また、量子インターネット上での量子通信の理論限界の成果を国際学会で発表した。
1. 簡易な実装で量子鍵配送(QKD)が実現可能な方式として将来の実装が期待されている差動位相シフト(DPS)方式について、任意のブロック長に対して解析的に閉じた安全性証明を与えた。既存の証明手法とは異なり、量子力学の相補性を用いた手法を採用し、盗聴量の推定が既存よりもタイトになることが分かった。その結果、DPS方式はより高効率な鍵生成が可能であることを明らかにした。本成果はQuantum Science and Technology誌から出版された。また、国内外で学会発表を行った。
2. 現実の広範な光源装置に適用可能なQKDの安全性理論を構築した。本研究では、送信パルス間の相関を送信者が選択した過去のビット情報等に依存する相関(SCDC)と依存しない相関(SCDC)に分類し、SCICの枠組みで光源装置の支配的な不完全さである「位相と強度の揺らぎ」を取り入れた安全性証明を与えた。SCDCは、QKDシステムが高速に動作するときに起こることが先行研究で示されているが、送信器を並列に並べて切り替え、各送信器をゆっくり動かすことでSCDCは取り除くことが可能だと考えられる。安全性証明の結果、現実的な位相揺らぎである±0.03 rad、強度揺らぎ±3%を仮定した場合、75 kmの光ファイバーリンクで1Mビットの秘密鍵が0.3時間以内に配送可能であることが分かった。本成果はarXiv.org e-Print archiveで発表した。
3. Iterative siftingを用いたQKDの安全性証明の研究を行い、Quantum Science and Technology誌から出版された。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(1 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] トロント大学(カナダ)

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] ビーゴ大学(スペイン)

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Journal Article] Quantum key distribution with setting-choice-independently correlated light sources2018

    • Author(s)
      Akihiro Mizutani, Go Kato, Koji Azuma, Marcos Curty, Rikizo Ikuta, Takashi Yamamoto, Nobuyuki Imoto, Hoi-Kwong Lo and Kiyoshi Tamaki
    • Journal Title

      arXiv:1803.09484

      Volume: -

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Information-theoretic security proof of differential-phase-shift quantum key distribution protocol based on complementarity2017

    • Author(s)
      Akihiro Mizutani, Toshihiko Sasaki, Go Kato, Yuki Takeuchi and Kiyoshi Tamaki
    • Journal Title

      Quantum Science and Technology

      Volume: 3 Issue: 1 Pages: 014003-014003

    • DOI

      10.1088/2058-9565/aa8705

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Security of quantum key distribution with iterative sifting2017

    • Author(s)
      Kiyoshi Tamaki, Hoi-Kwong Lo, Akihiro Mizutani, Go Kato, Charles Ci Wen Lim, Koji Azuma and Marcos Curty
    • Journal Title

      Quantum Science and Technology

      Volume: 3 Issue: 1 Pages: 014002-014002

    • DOI

      10.1088/2058-9565/aa89bd

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Information-theoretic security proof of differential-phase-shift quantum key distribution protocol based on complementarity2017

    • Author(s)
      Akihiro Mizutani
    • Organizer
      第36回量子情報技術研究会(QIT36)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Information-theoretic security proof of differential-phase- shift quantum key distribution protocol based on complementarity2017

    • Author(s)
      Akihiro Mizutani
    • Organizer
      7th International Conference on Quantum Cryptography (QCrypt 2017)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fundamental rate-loss trade-off for the quantum internet2017

    • Author(s)
      Akihiro Mizutani
    • Organizer
      17th Asian Quantum Information Science Conference (AQIS 2017)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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