Simple rate-adaptive LDPC coding for quantum key distribution
量子密钥分发（QKD）虽然源于量子理论的发展，但实际的QKD系统的实现过程涉及到大量的经典过程，如密钥协调和隐私放大，即后处理。后处理是实现高速量子密钥分配系统的关键环节，也是实现高速量子密钥分配系统的瓶颈。低密度奇偶校验（LDPC）由于其在处理吞吐量方面的良好性能，正成为克服瓶颈的一种很有前途的方法。在这篇文章中，我们提出并模拟了一个易于实现，但有效的速率自适应LDPC编码的和解方法，不同于以前提出的打孔和缩短为基础的方法。我们也给出了一个措施，选择最佳的LDPC参数，我们的速率自适应方法，根据错误率。
2015-05-24 cs.IT math.IT quant-ph
Stream privacy amplification for quantum cryptography
保密放大是保证量子通信安全的关键步骤。现有的安全证明需要积累大量的原始密钥比特用于隐私放大。这类似于经典密码学中的块密码，其将延迟最终密钥生成，因为在隐私放大之前必须累积整个块。此外，信息协调后的任何剩余错误都会破坏整个块。通过改进基于量子纠错的安全性证明，提出了一种类似于经典流密码的流隐私放大方案。该方案能够以流的方式输出最终密钥，防止错误扩散，将隐私放大置于信息协调之前。流方案也有助于增强可信中继量子网络的安全性。受流密码和量子纠错之间联系的启发，我们进一步开发了一个通用的信息论工具来研究经典加密算法的安全性。
2022-07-03 quant-ph
Experimental study and pratical realization of a reconciliation method for quantum key distribution system
研究了一种在量子密钥分发协议中建立无差错密钥的协调方法。经典的密钥分配协议由于数学问题的计算复杂性而不再是无条件安全的。在这种情况下，QKD协议提供了最高级别的安全性，因为它们基于量子物理定律。但是，协议的性能可以降低由多个错误。显然，在这种情况下应该进行和解，以消除合法伙伴的错误。该方法在特殊的边信源编码问题（Slepian-Wolf编码模型）中利用QTC实现了协调。实验结果证实了我们的理论假设，证实了我们的方法在解决和解问题的优势相比，最近的相关工作。事实上，我们的方法的集成产生了重要的安全性和QBER的大幅下降。增益是在合理的复杂度增加的情况下获得的。此外，我们的工作的新颖之处在于，它测试了一个真正的光子系统在VPI transmissionMaker的和解方法。
2020-02-16 cs.CR quant-ph
Side-Information Coding with Turbo Codes and its Application to Quantum Key Distribution
Turbo码是一种功能强大的前向纠错码，其性能接近香农限。Turbo原理可以应用于边信息源编码问题，我们在这里研究它的应用程序中发生的协调问题的连续变量量子密钥分配协议。
2004-06-01 cs.CR cs.IT math.IT
Simple Error Scattering Model for improved Information Reconciliation
由于原始密钥的后处理严重降低了最终的安全密钥速率，目前可用的量子密钥分发的实现方式效率低下。我们提出了一个简单的模型的错误分散在整个原始密钥，并推导出“封闭形式”的奇偶校验失败的概率表达式，或经历超过一些固定数量的错误。我们的研究结果可以用于改善关键的建立，通过交互式纠错和隐私放大的信息和解依赖于大多未经证实的假设。我们根据统计数据支持这些假设。
2009-08-14 math.PR quant-ph stat.AP
Reconciliation for Practical Quantum Key Distribution with BB84 protocol
研究了一种新的量子密钥分发中存在恶意窃听者时双方交换密钥的信息协调方法。我们已经观察到，和解是信道编码的一种特殊情况，因此现有技术可以适用于和解。我们描述了一种基于Turbo码的显式和解方法。我们相信，该方法可以提高基于离散量子态的量子密钥分发协议的效率。
2020-02-16 cs.CR quant-ph
Information Reconciliation for High-Dimensional Quantum Key Distribution using Nonbinary LDPC codes
本文提出在高维离散变量QKD的信息协调阶段使用非二进制LDPC码，通过q元对称信道建模和密度演化优化度分布，实现大字母表密钥的高效协调。
2023-05-15 quant-ph
On privacy amplification, lossy compression, and their duality to channel coding
我们从信息论和编码论的角度来研究隐私放大的任务。在前者中，我们给出了一个一次性的特征的最佳速率的隐私放大对经典的对手在最佳的第二类错误的非对称假设检验。这个公式可以很容易地计算，以给出有限块长度的界限，并证明等价于Renner和Wolf [Asiacrypt 2005]以及Watanabe和Hayashi [ISIT 2013]的平滑最小熵界限，以及Yang，Schaefer和Poor [arXiv：1706.03866 [cs.IT]]的$E_γ$发散方面的界限。在后者中，我们表明，基于线性码的隐私放大协议可以很容易地重新用于信道模拟。结合信道模拟和有损信源编码之间的已知关系，这意味着隐私放大可以被理解为信道模拟和有损压缩两者的基本原语。应用于对称信道或有损压缩设置，我们的建设导致proto-promise的最佳速率在渐近i.i.d.极限最后，呼吁信道对偶的概念，最近详细介绍了我们在[IEEE trans.info。理论64，577（2018）]，我们证明了具有量子输出的对称信道的线性纠错码可以转换为用于从双信道产生的经典变量的线性有损信源编码方案。这解释了Martinian和Yedidia [Allerton 2003; arXiv：cs/0408008]观察到的（自对偶）擦除信道的这些问题中的“奇怪的对偶性”，并且部分地预期了关于通过极性和低密度生成矩阵码的最佳有损压缩的最近…
2018-05-14 cs.IT math.IT quant-ph
Efficient Reconciliation of Continuous Variable Quantum Key Distribution with Multiplicatively Repeated Non-Binary LDPC Codes
本研究提出基于乘法重复非二进制LDPC码的简易编码方案，用于连续变量量子密钥分发的信息协调，实现了192公里（标准光纤）和240公里（超低损耗光纤）的密钥提取距离，且码构造简单、具备码率自适应性并易于硬件实现。
2025-06-17 cs.IT math.IT quant-ph
Privacy amplification scheme based on composite coding
保密放大是量子密钥分发后处理中不可缺少的一个步骤，可以用来压缩共享密钥的冗余，提高密钥的安全级别。常用的隐私放大是基于通用哈希函数的随机选择，需要额外的随机源的帮助，而一般情况下并不存在。本文提出了一种基于复合编码的隐私放大方案，它是量子CSS码对经典线性码的推广。与通用散列函数相比，该方案不需要其他随机源，随机性完全由量子比特串提供。此外，在复合编码中，用于提取密钥的信息论界是明显的。
2021-09-15 quant-ph
Information Reconciliation for Quantum Key Distribution
量子密钥分发（QKD）依赖于量子和经典过程，以实现秘密随机串（密钥）的增长，该密钥仅为执行协议的双方所知。协议的有限的内在效率、不完善的设备和窃听产生错误和信息泄漏，必须从这些错误和信息泄漏中剥离测量信号的集合（原始密钥），以便提取最终的、信息理论上安全的密钥。密钥蒸馏过程是一个经典的过程，其中基础和解，纠错和隐私放大协议应用于原始密钥。这个清理过程被称为信息协调，必须以快速有效的方式完成，以避免限制QKD系统的性能。Alberard和Salvail提出了一种非常简单而优雅的协议，用于在密钥协商上下文中协调密钥，称为Cascade，该协议已成为所有QKD实际实现的事实标准。然而，它是高度互动的，需要合法各方之间的许多通信，并且其效率不是最佳的，对最大可容忍错误率施加了早期限制。在本文中，我们描述了一个低密度奇偶校验和解协议，显着改善这些问题。该协议表现出更好的效率，并限制了通信信道的使用次数。它还能够适应不同的错误率，同时保持效率，从而为给定的QKD系统实现更长的距离或更高的安全密钥速率。
2011-04-01 quant-ph
A framework for covert and secret key expansion over quantum channels
隐密量子密钥分发的目的是在遥远的合法方之间以可证明无法被对手检测到的方式产生信息理论上的秘密比特。我们提出了一个框架，在其中精确地定义和分析这样的操作，我们表明，隐蔽和秘密密钥扩展是可能的。对于固定的和已知的经典量子信道，我们开发和分析基于正向和反向和解的协议。当对手应用相同的量子信道独立地对每个传输的量子态，类似于集体攻击的量子密钥分发文献中，我们提出了一个协议，实现隐蔽和秘密密钥扩展下温和的限制。我们的方法的关键是使用信息和解和隐私放大技术，能够处理隐蔽操作所需的稀疏信号，其香农熵尺度作为其长度的平方根。通过隐蔽操作所需的稀疏信令引起的香农熵量化的%扩散信息内容。特别是，我们的研究结果表明，合法的各方之间所需的协调，以实现隐蔽通信可以实现与一个微不足道的数量的秘密密钥位。
2018-11-24 cs.IT math.IT quant-ph
Diversity in Coded TE-QKD Channels: Achieving Infinite Diversity out of Finite System Resources
本文研究编码TE-QKD协商的多样性阶，证明在信道和码长有限时，通过特定条件可实现无限多样性，相关短码示例验证了分析结果。
2026-08-07 cs.IT math.IT quant-ph
Equivalence of three classical algorithms with quantum side information: Privacy amplification, error correction, and data compression
隐私放大（PA）是经典密码和量子密码中不可或缺的组成部分。纠错和数据压缩算法在经典和量子信息理论中也是必不可少的。我们在这里研究这三种算法（PA，EC和DC）在量子边信息的存在下，并表明它们在一次性场景中都是等价的。作为这个等价性的一个应用，我们把以前已知的PA的安全界，并将它们转化为EC和DC的编码定理，这是以前没有得到的。进一步，我们应用这些结果简化和改进了我们以前的结果，即量子密钥分发（QKD）的安全性证明的两种流行的方法是等价的。我们还提出了一种新的方法来简化QKD的安全性证明。
2021-11-05 cs.IT math.IT quant-ph
A New Quantum Key Distribution Scheme based on Frequency and Time Coding
提出了一种新的基于频率和时间编码的量子密钥分发（QKD）方案，该方案的安全性基于频率-时间不确定关系。在该方案中，二进制信息序列在发送端的中心频率或时间延迟上被随机编码。当选择频率编码时，单光子脉冲的中心频率对于位“0”被设置为ω 1，并且对于位“1”被设置为ω 2。而当选择时间编码时，单光子脉冲对于比特“0”不延迟，并且对于“1”延迟tao。在接收端，随机测量脉冲的频率或时间延迟，经过基比较、数据协调和保密放大后得到最终的密钥。该方法可以有效地检测出光子分裂攻击，降低光纤信道和环境中的噪声对量子密钥分配系统的影响。
2010-07-07 quant-ph
Utility of noiseless linear amplification and attenuation in single-rail discrete-variable quantum communications
University of Queensland（昆士兰大学）；The Australian National University（澳大利亚国立大学）；A*STAR Quantum Innovation Centre (Q.InC), Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)（新加坡科技研究局量子创新中心）；Q-CTRL
本文研究了无噪声线性放大和衰减在单轨离散变量量子通信中的应用，通过优化测量提升传送保真度和超密集编码的量子优势。
2026-05-06 quant-ph
Satellite-to-Ground Continuous Variable Quantum Key Distribution: The Gaussian and Discrete Modulated Protocols in Low Earth Orbit
本文研究低轨道卫星到地链路中高斯与离散调制连续变量量子密钥分发协议，发现高斯调制优于离散调制，且多维协调在有限尺寸下更优，能产生正密钥率。
2023-05-13 physics.space-ph quant-ph
Strong Converse for Privacy Amplification against Quantum Side Information
以迹距离为安全判据，建立了针对量子边信息的隐私放大的一次强逆界。这个强逆界意味着，在独立和相同的情况下，迹距离指数收敛到一个在每个有限块长度时，提取的随机性的速率超过量子条件熵。所建立的单次界可用于限制经典量子窃听信道编码和量子信道上的保密通信的信息泄漏。也就是说，当散列中使用的随机率超过量子互信息时，Alice和Escherdropper的联合状态与其解耦状态之间的迹距离消失。另一方面，当速率低于量子互信息时，迹距离收敛于1，导致指数强逆。我们的结果还导致了熵累积的指数强逆，这补充了Dupuis [arXiv：2105.05342]最近的结果。最后，我们的结果及其应用适用于中等偏差区。也就是说，我们描述的渐近行为的轨迹距离时，相关的速率接近基本阈值的速度慢于$O(1/\sqrt{n})$。
2022-02-21 cs.CR cs.IT math.IT
A Quantum-Memory-Free Quantum Secure Direct Communication Protocol Based on Privacy Amplification of Coded Sequences
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Qualcomm Technologies Inc.（高通技术有限公司）
本文提出一种无需传统量子密钥分发协议和一次性垫的量子安全直传协议，通过编码序列的隐私放大理论提升安全性。
2026-05-01 quant-ph
Privacy Amplification Against Quantum Side Information Via Regular Random Binning
本文利用正则随机分箱研究抗量子边信息的隐私放大，得到基于量子Augustin信息的误差指数与强逆界，并恢复独立同分布信源误差指数，同时给出经典-量子窃听信道编码的可达保密指数，解决了相关开放问题。
2023-09-20 quant-ph
Performance of polar codes for quantum and private classical communication
我们分析了量子极化码的实际性能，通过计算块错误概率的严格界限，并通过数值模拟。我们评估了编码块长度在2^10和2^20之间的量子擦除信道的边界，并报告了量子擦除信道、量子去极化信道和编码块长度高达N = 1024的“BB84”信道的模拟结果。对于量子擦除信道，我们观察到对于小于10^（-4）的块错误率可以实现高量子数据速率，并且对于量子去极化和BB84信道可以实现稍微低的量子数据速率。我们的研究结果在这里也作为私人经典数据传输在这些渠道的界限和模拟，基本上是由于Renes的对偶边界的隐私放大和经典数据传输的互补可观。未来的工作可能能够改进我们的量子去极化和BB84通道的数值结果，采用极性编码规则，而不是这里使用的启发式。
2012-05-27 cs.IT math.IT quant-ph
Tight Exponential Analysis for Smoothing the Max-Relative Entropy and for Quantum Privacy Amplification
本文推导了基于纯化距离平滑最大相对熵的精确渐近指数，并应用于量子隐私放大，在高随机性提取速率下确定了精确安全指数，同时揭示了低速率下界非紧的现象。
2023-06-01 cs.IT math-ph math.IT
Towards a point-to-point CV-QKD system: Implementation challenges and perspectives
本文探讨了点对点连续变量量子密钥分发系统在光纤中的实现挑战与前景，分析了物理层设计、数字信号处理及硬件架构，为巴西部署首个CV-QKD系统提供了技术基础和路线图。
2025-12-22 cs.ET cs.IR cs.IT
Key rate available from mismatched mesurements in the BB84 protocol and the uncertainty principle
研究了BB84量子密钥分发协议中的测量基与发送基不同的失配测量问题。我们给出了一个下界的量的秘密密钥，可以从不匹配的测量。我们的下界表明，我们可以从某些量子信道的失配测量中提取密钥，例如Hadamard矩阵以高概率应用于每个量子比特的信道。此外，熵的不确定原理意味着，当我们使用标准的信息协调和隐私放大过程时，不能同时从匹配的测量和不匹配的测量中提取秘密密钥。
2008-06-09 quant-ph
Gap Amplification for Local Hamiltonians with Combinatorial Soundness
University of Washington（华盛顿大学）；Harvard & UC Berkeley（哈佛大学与加州大学伯克利分校）；MIT（麻省理工学院）
本文提出首个量子保持局部性的间隙放大模板，通过容错计算框架放大局部哈密顿量的组合间隙，为将经典PCP核心成分引入量子设置开辟了新途径。
2026-10-06 cs.CC quant-ph
Data post-processing for the one-way heterodyne protocol under composable finite-size security
实用的连续变量（CV）量子密钥分发（QKD）协议的性能除了量子信道的损耗和噪声外，还取决于导致最终密钥提取的后处理步骤。一个关键的步骤是和解过程，特别是当一个假设有限大小的影响，在一个可组合的框架。在这里，我们专注于高斯调制相干态协议与外差检测在高信噪比制度。我们模拟了量子通信过程，并通过应用参数估计，纠错（使用高速率，非二进制低密度奇偶校验码）和隐私放大对输出数据进行后处理。这使我们能够研究协议实际实现的性能，并优化与上述步骤相关的参数。我们还提供了一个执行上述步骤的相关Python库。
2022-10-15 quant-ph
Experimental realization of large-alphabet quantum key distribution protocol using orbital angular momentum entanglement
实验证明了一种利用轨道角动量纠缠光子对的量子密钥分发（QKD）协议。在我们的协议中，Alice和Bob分别用空间光调制器（SLM）在每个纠缠对上调制他们的OAM状态。Alice在她的SLM中使用固定相位全息图，而Bob设计$N$不同的合适的相位全息图，并使用它们来表示他的SLM中的基于$N$的信息。巧合的是，Alice可以完全检索Bob发送的密钥流，而无需信息协调或隐私放大。我们报道了N=3时，OAM本征模l=1和l=-1的扇形态的实验结果。我们的实验表明，对于三种不同的关键元素，符合率处于相对不同的值区域。通过该协议，Alice可以完全恢复Bob的密钥.最后，我们讨论了该协议在轻型攻击和一般攻击下的安全性。
2012-05-04 quant-ph
Modelling Weak-Coherent CV-QKD Systems Using a Classical Simulation Framework
由于连续变量（CV）弱相干态协议与现有电信技术的兼容性，它们是广泛部署量子密钥分发（QKD）技术的有希望的候选者。我们演示了如何利用现有的模拟框架来模拟经典光学系统的弱相干CV-QKD链路。相干信号测量特性的量子不确定性在电域中由散粒噪声建模，而在光域中的相干信号由其正交分量描述。我们模拟了各种退化效应，如衰减，激光RIN，拉曼噪声（从经典信道在同一光纤），和设备的缺陷，并与分析理论的结果进行比较。通过后处理层（协调和隐私放大）补充物理模拟层，我们能够从模拟中估计安全密钥速率，大大提高了实际CV-QKD方案和实现的开发速度。
2020-04-30 quant-ph
Leftover hashing from quantum error correction: Unifying the two approaches to the security proof of quantum key distribution
我们证明了Mayers-Shor-Preskill方法和Renner证明量子密钥分发（QKD）安全性的方法本质上是相同的。我们开始我们的分析，考虑一个特殊的情况下QKD称为隐私放大（PA）。PA本身是经典和量子密码学的重要组成部分。用于其安全性证明的标准理论工具称为剩余哈希引理（LHL）。我们提出了一个直接的联系之间的LHL和编码定理的某些量子纠错码。然后，我们应用这个结果来证明这两种方法之间的等价性来证明量子密钥分配的安全性。
2020-05-18 cs.IT math.IT quant-ph
Multi-party zero-error classical channel coding with entanglement
我们研究了量子纠缠对两个经典的多方零差错通信任务性能的影响。这两个任务都是两方零误差信道编码问题的推广，其中发送方和接收方希望通过单向经典噪声信道完美地传递消息。如果允许两方共享纠缠，有几个积极的结果表明存在通道，它们可以比经典资源更严格地进行通信。在第一个任务中，一个发送者希望将一个公共消息传递给多个接收者。我们表明，如果接收器的数量大于一定的阈值，那么纠缠不允许任何有限数量的使用信道的通信的改善。另一方面，当接收器的数量是固定的，我们展示了一类信道的纠缠提供了一个优势。我们考虑的第二个问题的特点是多个协作的接收机和一个接收机。从传统意义上讲，机器人之间的合作可能会使他们平均交流的信息超过他们个人可能性的总和。我们表明，只要一个通道允许单发送者纠缠辅助优势，那么增益也延伸到多发送者的情况下。此外，我们表明，纠缠允许一个特殊的放大的信息，不能发生经典的，一个固定数量的使用一个通道与多个量子点。
2014-09-19 quant-ph
Advantage Distillation for Quantum Key Distribution
本文提出了一种优势蒸馏框架，用于提升量子密钥分发的性能，通过经典线性码实现更高的密钥速率。
2024-12-27 quant-ph
Reliability Function of Classical-Quantum Channels
本文研究经典-量子信道可靠性函数，利用 Renes 的信道编码与隐私放大关联及新的信道 Rényi 信息刻画，证明匹配 Dalai 上界的高速率下界并解决 Holevo 猜想。
2025-02-17 cs.IT math.IT quant-ph
Limits of adaptive two-way linear postprocessing in six-state quantum key distribution
Mitsubishi Electric Corporation, Information Technology R&D Center（三菱电机株式会社 信息技术研发中心）
该研究针对六态量子密钥分发构造集体攻击，证明自适应线性后处理无法同时实现线性最终密钥的可靠一致性与保密性，相关结论适用于多种线性后处理场景。
2026-10-19 quant-ph
Tight lower bound on the error exponent of classical-quantum channels
该论文针对经典-量子信道，证明了在高于临界速率时与球堆积上界匹配的误差指数下界，验证了Holevo猜想，并利用隐私放大与熵不确定关系，同时改进了相关压缩与隐私放大问题的界。
2024-07-19 cs.IT math.IT quant-ph
Relieving the post-selection problem by quantum singular value transformation
本文提出一种基于量子奇异值变换（QSVT）的无后选择实验策略，通过确定性模拟后选择量子态有效缓解了量子测量中的后选择问题，为测量和研究量子动力学与量子混沌提供了强大的新方法。
2025-03-31 quant-ph
Geometry- and Topology-Informed Quantum Computing: From States to Real-Time Control with FPGA Prototypes
Texas State University（德克萨斯州立大学）
本书通过几何与拓扑方法，利用FPGA原型实现量子计算的状态、电路与测量的连接，结合拓扑错误校正与实时解码技术，推动混合量子系统的高效运行。
2026-01-14 quant-ph
