量子鍵配送と量子中継のレート理論の根源的欠陥について

摘要

Shor-Preskillの理論を起点とする量子鍵配送の理論は、情報理論的安全性を定量的に評価する理論体系になっておらず、鍵生成レートの定式化に多くの誤りがあることが指摘されてからも、まだ多くの研究者に理解が十分浸透していない。新しい可能性のある研究に移行するためには、いち早くその事実を浸透させ、正確に科学史に残すことが重要である。本稿は、Shor-Preskillから最新のRennerに至る理論体系は既存の暗号より優れた安全性を有する暗号の設計理論になり得ないことを、これまでの説明を踏襲しながら、新しい説明法の導入によって示す。その結果、現在、NICTや東芝欧州研究所を含む世界の多くの研究機開で開発されている量子鍵配送システムは安全性の理論的根拠をすでに失っていることが明白になる。すなわち、どのように実験システムを改善しても、実用に供することができる暗号システムを実現できない事が明らかになる。また、それに付随した量子中継は意義を失う。%It has been pointed out many times by several researchers that the security theory of quantum key distribution(QKD) originated by Shor-Preskill has a serious defect. Despite a leader on theoretical works for QKD has responded to the criticism, many communities of QKD do not take the fact into account. In order to show a new way of quantum information science(QIS), we clarify the cause of defect in theory and make a new historical page in the development of QIS. This paper presents as a main topics that a final theory for QKD from Shor-Preskill to Renner cannot provide a design theory on beyond the conventional cryptosystem, taking the previous our explanation into account. Consequently, whole experimental systems in the world including NICT and Toshiba UK lose the theoretical background for the security. In addition, quantum repeater for QKD becomes meaningless.