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2012 年度 実績報告書

マルチユーザ型量子ネットワーク

研究課題

研究課題/領域番号 23246071
研究機関名古屋大学

研究代表者

林 正人  名古屋大学, 多元数理科学研究科, 教授 (40342836)

研究分担者 小川 朋宏  電気通信大学, 情報システム学研究科, 准教授 (00323527)
松本 隆太郎  東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (10334517)
石坂 智  広島大学, 総合科学研究科, 教授 (10443631)
小柴 健史  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60400800)
西村 治道  名古屋大学, 情報科学研究科, 准教授 (70433323)
渡辺 峻  徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 助教 (70546910)
研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2016-03-31
キーワード)量子セキュリティ / マルチユーザ型ネットワーク / ハッシュ関数 / レニーエントロピー / 量子対話型証明 / エンタングル状態 / 縮約密度行列 / スワップ操作
研究概要

セキュアなマルチユーザ型ネットワークの基礎となる量子セキュリティについて研究した.量子的な漏えいがある情報に対して,ハッシュ関数を施すことにより,如何に安全な秘密乱数を生成するかという問題を扱った.この問題は,多者間でセキュアなコミュニケーションを行う場合に必要となる秘密乱数の生成にも使えるので,大変基礎的な問題である.具体的には従来から用いられていた2ユニバーサルハッシュ関数族よりも広いハッシュ関数のクラスの下でその安全性を示した.その過程において,補助量子状態を持つ場合の条件付きレニーエントロピーの複数のタイプの量子拡張を定義し,そのそれぞれの評価を厳密に行った.
これに関連して,古典的な場合に,2ユニバーサルハッシュ関数族の手法を応用することでユニバーサルなネットワーク符号を構成した.さらに,この関数族から性能が悪い関数を削除することによって低鍵生成レートにおけるセキュリティの評価が改善できることを明らかにした.
そしてマルチユーザ型ネットワークを扱うため多者間の純粋なエンタングル状態について特徴づけを行った.具体的には1つのサイトを除いて得られる縮約密度行列に注目し,それらが全てセパラブルであることそれらの2つがPPT状態であることが同値であることを示した.また,エンタングル状態の対称性について調べた.具体的には,2者間のエンタングル状態について,古典通信と量子操作の組み合わせでスワップ操作がどの程度の確率で実現できるか検討した.
さらに,セキュアなマルチユーザ型ネットワークの基礎となる量子対話型証明についても研究を行った.具体的には2名の証明者が対数長の量子証明を送った場合のシステムの健全性パラメータについて研究し,従来型のプロトコルの最適性を示した.そして,補助キュービット駆動型の基本オペレータに対してブラインド化が可能となるための十分条件を導出した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度は,セキュアなマルチユーザ型ネットワークに必要なハッシュ関数に関する研究が進展し,その計算量を減少のために必要なクラスの拡張にも成功した.その他,量子暗号プロトコルの基盤となる量子対話式証明やエンタングル状態に関する成果も十分に出ており,おおむね順調に進展していると判断できる.

今後の研究の推進方策

24年度は,シンガポール国立大学の量子技術研究センターと共同で,国際会議Japan-Singapore Workshop on Multi–user Quantum Networksを開催することができた.今後も海外の研究機関と共同で国際会議を開催することで,国際的に我々の研究活動をアピールしていきたい.
なお,25年度から徳島大学の渡辺峻氏が,日本学術振興会の海外特別研究員に採用されたため,研究分担者から抜けることとなった.大きな損失であるが, 渡辺氏と共同研究を進めることで戦力ダウンとならないように進めたい.
NICTの量子暗号に関するプロジェクトや分担者である小柴氏が代表を務める基盤A科研費プロジェクトと連携し,研究を推進させたい.

  • 研究成果

    (49件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (41件) (うち招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Dual universality of hash functions and its applications to quantum cryptography2013

    • 著者名/発表者名
      Toyoshiro Tsurumaru and Masahito Hayashi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Information Theory

      巻: 99 ページ: 1

    • DOI

      10.1109/TIT.2013.2250576

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum security analysis via smoothing of Renyi entropy of order 22013

    • 著者名/発表者名
      Masahito Hayashi
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science series

      巻: 7582 ページ: 128-140

    • DOI

      10.1007/978-3-642-35656-8_11

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Secret Sharing Schemes Based on Linear Codes Can Be Precisely Characterized by the Relative Generalized Hamming Weight2012

    • 著者名/発表者名
      J.Kurihara, T.Uyematsu, and R. Matsumoto
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics,Communications and Computer Sciences

      巻: E95-A ページ: 2067-2075

    • DOI

      10.1587/transfun.E95.A.2067

    • 査読あり
  • [雑誌論文] On QMA protocols with two short quantum proofs2012

    • 著者名/発表者名
      Francois Le Gall, Shota Nakagawa, and Harumichi Nishimura
    • 雑誌名

      Quantum Information & Computation

      巻: 12 ページ: 589-600

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Achieving perfect completeness in classical-witness quantum Merlin-Arthur proof systems2012

    • 著者名/発表者名
      Stephen P.Jordan, Hirotada Kobayashi, Daniel Nagaj, and Harumichi Nishimura
    • 雑誌名

      Quantum Information & Computation

      巻: 12 ページ: 461-471

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum hypothesis testing for quantum Gaussian states: Quantum analogues of χ-square, t and F tests2012

    • 著者名/発表者名
      Wataru Kumagai, and Masahito Hayashi
    • 雑誌名

      Communications in Mathematical Physics

      巻: 318 ページ: 535-574

    • DOI

      10.1007/s00220-013-1678-1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Concise and tight security analysis of the Bennett-Brassard 1984 protocol with finite key lengths2012

    • 著者名/発表者名
      Masahito Hayashi and Toyoshiro Tsurumaru
    • 雑誌名

      New Journal of Physics

      巻: 14 ページ: 093014

    • DOI

      10.1088/1367-2630/14/9/093014

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nondistillable entanglement guarantees distillable entanglement2012

    • 著者名/発表者名
      Lin Chen and Masahito Hayashi
    • 雑誌名

      International Journal of Modern Physics B

      巻: 26 ページ: 124300

    • DOI

      10.1142/S0217979212430084

    • 査読あり
  • [学会発表] Universal Wyner-Ziv Coding for Distortion Constrained General Side-Information2013

    • 著者名/発表者名
      Shun Watanabe, Shigeaki Kuzuoka
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT 2013)
    • 発表場所
      Istanbul, Turkey
    • 年月日
      20130707-20130712
  • [学会発表] Non-Asymptotic and Second-Order Achievability Bounds for Source Coding With Side-Information2013

    • 著者名/発表者名
      Shun Watanabe, Shigeaki Kuzuoka, Vincent Y. F. Tan
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT 2013)
    • 発表場所
      Istanbul, Turkey
    • 年月日
      20130707-20130712
  • [学会発表] Fourier analytic approach to estimation of group action

    • 著者名/発表者名
      Masahito Hayashi
    • 学会等名
      The XXIX International Colloquium on Group-Theoretical Methods in Physics
    • 発表場所
      Chern Institute of Mathematics, Tianjin, China
    • 招待講演
  • [学会発表] Explicit Construction of Universal Strongly Secure Network Coding via MRD Codes

    • 著者名/発表者名
      J. Kurihara, T. Uyematsu, and R.Matsumoto
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT 2012)
    • 発表場所
      Cambridge, MA, USA
  • [学会発表] List Decoding Algorithms based on Grobner Bases for General One-Point AG Codes

    • 著者名/発表者名
      O. Geil, R. Matsumoto, and D.Ruano
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT 2012)
    • 発表場所
      Cambridge, MA, USA
  • [学会発表] Broadcast Channels with Confidential Messages by Randomness Constrained Stochastic Encoder

    • 著者名/発表者名
      Shun Watanabe and Yasutada Oohama
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT 2012)
    • 発表場所
      Cambridge, MA, USA
  • [学会発表] Precise evaluation of leaked information with universal2 privacy amplification in the presence of quantum attacker

    • 著者名/発表者名
      Masahito Hayashi
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT 2012)
    • 発表場所
      Cambridge, MA, USA
  • [学会発表] Quantum security analysis via smoothing of Renyi entropy of order 2

    • 著者名/発表者名
      Masahito Hayashi
    • 学会等名
      The 7th Conference on Theory of Quantum Computation, Communication, and Cryptography (TQC2012)
    • 発表場所
      Koshiba Hall, The University of Tokyo, Tokyo,
    • 招待講演
  • [学会発表] Towards Perfect Completeness in QMA

    • 著者名/発表者名
      Stephen Jordan, Hirotada Kobayashi, Francois Le Gall, Daniel Nagaj, and Harumichi Nishimura
    • 学会等名
      The 15th workshop on Quantum Information Processing (QIP’2013)
    • 発表場所
      Beijing, China
  • [学会発表] A hierarchy of information quantities for the finite block length analysis of quantum tasks

    • 著者名/発表者名
      M. Tomamichel and M. Hayashi
    • 学会等名
      The 15th workshop on Quantum Information Processing (QIP’2013)
    • 発表場所
      Beijing, China
  • [学会発表] New Parameters of Linear Codes Expressing Security Performance of Universal Secure Network Coding

    • 著者名/発表者名
      J. Kurihara, T. Uyematsu and R.Matsumoto
    • 学会等名
      Fiftieth Annual Allerton Conference on Communication, Control, and Computing
    • 発表場所
      Allerton Retreat Center, Monticello, Illinois, USA
  • [学会発表] Secure multiplex coding with dependent and non-uniform multiple messages

    • 著者名/発表者名
      Masahito Hayashi and Ryutaroh Matsumoto
    • 学会等名
      Fiftieth Annual Allerton Conference on Communication, Control, and Computing
    • 発表場所
      Allerton Retreat Center, Monticello, Illinois, USA
  • [学会発表] Large deviation type evaluation in information theoretic security

    • 著者名/発表者名
      Masahito Hayashi
    • 学会等名
      Workshop on Beyond i.i.d. in information theory
    • 発表場所
      Cambridge, UK
    • 招待講演
  • [学会発表] Large deviation type evaluation in information theoretic security

    • 著者名/発表者名
      Masahito Hayashi
    • 学会等名
      Japan-SingaporeWorkshop on Multi-user Quantum Networks
    • 発表場所
      Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore, Singapore
  • [学会発表] Fast exact computation of the tail probability of a hypergeometric distribution and its application to quantum cryptography

    • 著者名/発表者名
      Ryutaroh Matsumoto
    • 学会等名
      Japan-SingaporeWorkshop on Multi-user Quantum Networks
    • 発表場所
      Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore, Singapore
  • [学会発表] Reducing error probabilities of quantum Merlin-Arthur proof systems

    • 著者名/発表者名
      Harumichi Nishimura
    • 学会等名
      Japan-SingaporeWorkshop on Multi-user Quantum Networks
    • 発表場所
      Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore, Singapore
  • [学会発表] Quantum Oblivious Transfer and Quantum One-Way Functions

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Koshiba
    • 学会等名
      Japan-SingaporeWorkshop on Multi-user Quantum Networks
    • 発表場所
      Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore, Singapore
  • [学会発表] More Capable and Less Noisy Quantum Channels

    • 著者名/発表者名
      Shun Watanabe
    • 学会等名
      Japan-SingaporeWorkshop on Multi-user Quantum Networks
    • 発表場所
      Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore, Singapore
  • [学会発表] Irreversibility of entanglement concentration for pure state

    • 著者名/発表者名
      Wataru Kumagai and Masahito Hayashi
    • 学会等名
      The 12th Asian Conference on Quantum Information Science (AQIS’12)
    • 発表場所
      School of Physical Science and Technology, Soochow University, Suzhou, China,
  • [学会発表] Security bound with privacy amplification in quantum system

    • 著者名/発表者名
      Masahito Hayashi
    • 学会等名
      The International Symposium on Quantum Information and Quantum Logic
    • 発表場所
      Zhejiang University, Hangzhou, China
    • 招待講演
  • [学会発表] Asymptotic local hypothesis testing between a pure bipartite state and the completely mixed state

    • 著者名/発表者名
      Masaki Owari and Masahito Hayashi
    • 学会等名
      The 2nd Institute of Mathematical Statistics Asia Pacific Rim Meeting
    • 発表場所
      Epochal Tsukuba, Tsukuba, Japan
  • [学会発表] Quantum hypothesis testing for quantum Gaussian states

    • 著者名/発表者名
      Wataru Kumagai and Masahito Hayashi
    • 学会等名
      The 2nd Institute of Mathematical Statistics Asia Pacific Rim Meeting
    • 発表場所
      Epochal Tsukuba, Tsukuba, Japan
  • [学会発表] Classifying tripartite pure states in quantum information science and tensor rank

    • 著者名/発表者名
      Lin Chen and Masahito Hayashi
    • 学会等名
      The 2nd Institute of Mathematical Statistics Asia Pacific Rim Meeting
    • 発表場所
      Epochal Tsukuba, Tsukuba, Japan
  • [学会発表] Precise evaluation of leaked information with universal2 privacy ampli_cation in the presence of quantum attacker

    • 著者名/発表者名
      林正人
    • 学会等名
      第26 回量子情報技術研究会(QIT26)
    • 発表場所
      福井大学文京キャンパス
  • [学会発表] エンタングルメント抽出の非可逆性

    • 著者名/発表者名
      熊谷亘,林正人
    • 学会等名
      第26 回量子情報技術研究会(QIT26)
    • 発表場所
      福井大学文京キャンパス
  • [学会発表] 補助キュービット駆動型万能ブラインド量子計算

    • 著者名/発表者名
      末木貴洋、小柴健史、森前智行
    • 学会等名
      第26 回量子情報技術研究会(QIT26)
    • 発表場所
      福井大学文京キャンパス
  • [学会発表] ガウス状態に対する量子仮説検定

    • 著者名/発表者名
      熊谷亘,林正人
    • 学会等名
      京都大学数理解析研究所:研究集会「量子論における統計的推測の理論と応用」
    • 発表場所
      京都大学数理解析研究所110 教室
  • [学会発表] 純粋エンタングル状態間のLOCC 変換の二次漸近論

    • 著者名/発表者名
      熊谷亘,林正人
    • 学会等名
      第27 回量子情報技術研究会(QIT27)
    • 発表場所
      慶應義塾大学日吉キャンパス
  • [学会発表] エンタングルメント抽出および希釈の2 次漸近論

    • 著者名/発表者名
      熊谷亘,林正人
    • 学会等名
      第35 回情報理論とその応用シンポジウム
    • 発表場所
      別府湾ロイヤルホテル
  • [学会発表] 古典・量子情報における情報量の階層構造

    • 著者名/発表者名
      林正人
    • 学会等名
      第11 回岡シンポジュウム
    • 発表場所
      奈良女子大学理学部数学教室
    • 招待講演
  • [学会発表] デコイ法を用いた場合での有限長安全性解析

    • 著者名/発表者名
      中山僚太, 林正人
    • 学会等名
      第27 回量子情報技術研究会(QIT27)
    • 発表場所
      慶應義塾大学日吉キャンパス
  • [学会発表] 量子状態のスワップとエンタングルメント

    • 著者名/発表者名
      生藤貴也、石坂智
    • 学会等名
      第27 回量子情報技術研究会(QIT27)
    • 発表場所
      慶應義塾大学日吉キャンパス
  • [学会発表] 衝突の列挙に関する量子質問計算量

    • 著者名/発表者名
      大和雅英、西村治道
    • 学会等名
      第27 回量子情報技術研究会(QIT27)
    • 発表場所
      慶應義塾大学日吉キャンパス
  • [学会発表] 逆シャノン定理による通信路の再現に関する研究

    • 著者名/発表者名
      長井大地、小川朋宏
    • 学会等名
      IT・ISEC・WBS合同研究会
    • 発表場所
      関西学院大学(大阪)
  • [学会発表] Esitimation of Phase Errors without the Gaussian Approximation and Improvement of the Secure Key Rate of BB84 Protocol

    • 著者名/発表者名
      K. Sakakibara, R. Matsumoto, and T.Uyematsu
    • 学会等名
      2nd Annual Conferenceon Quantum Cryptography
    • 発表場所
      National University of Singapore, Singapore
  • [学会発表] Ancilla-Driven Blind Quantum Computation

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Sueki,Takeshi Koshiba,Tomoyuki Morimae
    • 学会等名
      2nd Annual Conferenceon Quantum Cryptography
    • 発表場所
      National University of Singapore, Singapore
  • [学会発表] A New Method for Constructing Small-Bias Space from Hermitian Codes

    • 著者名/発表者名
      O. Geil, S. Martin, and R. Matsumoto
    • 学会等名
      International Workshop on the Arithmetic of Finite Fields (WAIFI 2012)
    • 発表場所
      Bochum, Germany
  • [学会発表] LOCCによる量子状態スワップ

    • 著者名/発表者名
      生藤貴也、石坂智
    • 学会等名
      日本物理学会第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学
  • [学会発表] Expurgation Exponent of Leaked Information in Privacy Amplification for Binary Sources

    • 著者名/発表者名
      Shun Watanabe
    • 学会等名
      2012 IEEE Information Theory Workshop
    • 発表場所
      Lausanne, Switzerland
    • 招待講演
  • [学会発表] Cogunitive Interference Channels with Confidential Messages under Randomness Constraint

    • 著者名/発表者名
      Shun Watanabe and Yasutada Oohama
    • 学会等名
      2012 International Symposium on Information Theory and Its Applications
    • 発表場所
      Hawaii, U.S.A
  • [学会発表] Stronger methods of making quantum interactive proofs perfectly complete

    • 著者名/発表者名
      Hirotada Kobayashi, Francois Le Gall, and Harumichi Nishimura
    • 学会等名
      the 4th ACM Conference on Innovations in Theoretical Computer Science (ITCS 2013)
    • 発表場所
      Berkeley, California, USA

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公開日: 2014-07-24  

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