Modifiziertes BB84-Quanten-Schlüsselverteilungsprotokoll, das robust gegenüber Quellenimperfektionen ist

Das Bennett-Brassard 1984 (BB84) Protokoll ist das am weitesten verbreitete Quanten-Schlüsselverteilungs (QKD) Schema. Trotz enormer theoretischer und experimenteller Anstrengungen in den letzten Jahrzehnten wurde die Sicherheit dieses Protokolls mit unvollkommenen Quellen bislang noch nicht rigoros etabliert. In dieser Arbeit gehen wir auf dieses Manko ein und beweisen die Sicherheit des BB84-Protokolls in Anwesenheit mehrerer Quellenimperfektionen, einschließlich der Fehler bei der Zustandsvorbereitung und Nebenkanälen, wie Trojanischen Pferden, Modusabhängigkeiten und klassischen Korrelationen zwischen den emittierten Pulsen. Dazu betrachten wir ein modifiziertes BB84-Protokoll, das die grundlagen-mismatched Ereignisse ausnutzt, die in Standard-Sicherheitsanalysen dieses Schemas oft verworfen werden; und verwenden die Referenztechnik, ein leistungsfähiges mathematisches Werkzeug zur Berücksichtigung von Quellenimperfektionen in der Sicherheitsanalyse von QKD. Darüber hinaus vergleichen wir die erreichbare Geheimschlüsselrate des modifizierten BB84-Protokolls mit der des dreizuständigen verlusttoleranten Protokolls und zeigen, dass die Hinzufügung eines vierten Zustands, obwohl unter idealen Bedingungen überflüssig, die Schätzung der geleakten Informationen in Anwesenheit von Quellenimperfektionen erheblich verbessert, was zu einer besseren Leistung führt. Diese Arbeit demonstriert die Relevanz des BB84-Protokolls für die Gewährleistung der Implementierungssicherheit und bringt uns einen Schritt weiter, um die vorhandene Kluft zwischen Theorie und Praxis der QKD zu schließen.