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Protocol choice and parameter optimization in decoy-state measurement-device-independent quantum key distribution

机译:诱饵状态下的协议选择和参数优化   与测量设备无关的量子密钥分配

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摘要

Measurement-device-independent quantum key distribution (MDI-QKD) has beendemonstrated in both laboratories and field-tests using attenuated laserscombined with the decoy-state technique. Although researchers have studiedvarious decoy-state MDI-QKD protocols with two or three decoy states, a clearcomparison between these protocols is still missing. This invokes the questionof how many types of decoy states are needed for practical MDI-QKD. Moreover,the system parameters to implement decoy-state MDI-QKD are only partiallyoptimized in all previous works, which casts doubt on the actual performance offormer demonstrations. Here, we present analytical and numerical decoy-statemethods with one, two and three decoy states. We provide a clear comparisonamong these methods and find that two decoy states already enable a nearoptimal estimation and more decoy states cannot improve the key rate much ineither asymptotic or finite-data settings. Furthermore, we perform a fulloptimization of system parameters and show that full optimization cansignificantly improve the key rate in the finite-data setting. By simulating areal experiment, we find that full optimization can increase the key rate bymore than one order of magnitude compared to non-optimization. A local searchmethod to optimize efficiently the system parameters is proposed. This methodcan be four orders of magnitude faster than a trivial exhaustive search toachieve a similar optimal key rate. We expect that this local search methodcould be valuable for general fields in physics.
机译:已经在实验室和现场测试中使用衰减激光与诱饵态技术相结合,证明了与测量设备无关的量子密钥分配(MDI-QKD)。尽管研究人员研究了具有两个或三个诱饵状态的各种诱饵状态MDI-QKD协议,但这些协议之间仍然没有明确的比较。这引发了一个问题,即实际的MDI-QKD需要多少种诱饵状态。此外,在先前的所有工作中,仅部分优化了用于实现诱饵状态MDI-QKD的系统参数,这使人们对前演示的实际性能产生了怀疑。在这里,我们介绍具有一,二和三个诱饵态的解析和数值诱饵态方法。我们对这些方法进行了清晰的比较,发现两个诱饵状态已经可以实现接近最佳的估计,而更多的诱饵状态在渐近或有限数据设置下均无法大大提高关键码率。此外,我们执行了系统参数的完全优化,并表明完全优化可以显着提高有限数据设置中的密钥率。通过模拟区域实验,我们发现完全优化与非优化相比,可以将密钥率提高一个数量级以上。提出了一种有效地优化系统参数的局部搜索方法。该方法可能比普通的穷举搜索快四个数量级,以实现相似的最佳密钥率。我们希望这种局部搜索方法对于物理学的一般领域可能是有价值的。

著录项

  • 作者

    Xu, Feihu; Xu, He; Lo, Hoi-Kwong;

  • 作者单位
  • 年度 2014
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 {"code":"en","name":"English","id":9}
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