A simple proof of the unconditional security of relativistic quantum cryptography
提出了一种基于正交态的相对论量子密码系统无条件安全性的简单证明。与涉及非正交状态的非相对论密码系统相比，狭义相对论施加的限制允许大大简化证明。重要的是所提出的协议的时空结构的量子态，这实际上是忽略了在非相对论协议中只采用的信息载体的状态空间的结构。因此，简化的出现是因为集体测量的效率低下，这构成了非相对论情况下的主要问题。
2000-12-15 quant-ph
Role of causality in ensuring unconditional security of relativistic quantum cryptography
量子密码的无条件安全性问题（即由自然界的基本规律而不是技术限制来保证安全性）是量子信息理论的核心问题之一。我们提出了一个相对论性量子密码系统，并证明了它对任何窃听都是无条件安全的。相对论因果关系的论点允许以简单的方式证明系统的安全性。由于所提出的协议不采用集体测量和量子码，该密码系统可以用目前最先进的纤维光学技术在实验上实现。所提出的密码系统只采用单独的测量和经典代码，此外，密钥分配问题允许推迟状态编码方案的选择，直到已经接收到状态之后，而不是在将状态发送到通信信道之前选择状态编码方案（即采用一种"antedate“编码）。
2001-06-08 quant-ph
Relativistic quantum cryptography
在这篇论文中，我们将探讨相对论性限制对密码学的好处。我们首先回顾了非通信模型及其在交互式证明和密码学中的应用。我们提出了位承诺协议的安全性取决于通信约束，并调查其局限性。我们解释了一些非通信模型可以证明狭义相对论和研究这些模型的局限性。特别是，我们提出了一个多轮相对论协议的安全性分析框架。论文的第二部分致力于分析具体的协议。我们首先考虑最近提出的两轮量子比特承诺协议。我们提出了一个容错的协议的变体，提出了一个完整的安全分析和报告的实验实施在日内瓦大学的实验组合作。我们还提出了一个新的，多轮的经典比特承诺协议，并证明了其对经典对手的安全性。这表明，在经典世界中，即使代理人被限制在有限的空间区域内，也可以实现任意长的承诺。此外，该协议很容易实现，我们报告的实验与日内瓦小组合作。
2015-12-02 quant-ph
Ternary Quantum Eraser Cryptography
Institute of Quantum Technologies and Advanced Computing, KACST（KACST量子技术与先进计算研究所）；Department of Physics, College of Science, Imam Mohammad Ibn Saud Islamic University (IMSIU)（伊玛目穆罕默德·本·沙特伊斯兰大学理学院物理系）；Department of Physics, College of Science, King Khalid University（国王哈立德大学理学院物理系）；Institute for Quantum Science and Technology and Department of Physics, Shanghai University（上海大学量子科学与技术研究院及物理系）；Shanghai Key Laboratory of High Temperature Superconductors, Shanghai University（上海大学高温超导学重点实验室）；NCQOQI, KACST（KACST国家量子光学与量子信息研究中心）
本文提出一种三进制量子擦除协议，利用三个极化态实现增强安全性的加密方法，通过减少单光子鉴别能力和限制多光子窃听策略，将窃听成功率限制在54%以下。
2026-04-23 quant-ph
Relativistic Quantum Cryptography
量子密钥分发（QKD）是一种基于量子物理基础的密钥交换概念。它的完美实现提供了无条件的密钥安全性，然而，如果量子信道损失超过一定的实现特定的界限，已知的实用方案是潜在的脆弱性。这种差异是由于任何实际的光子源都有一个非零的概率一次发射两个或更多的光子，而理论上只需要一个。我们报告了一个本质上不同的QKD方案的基础上量子物理和相对论。它与实际的光子源在任意大的信道损耗下都可以工作。我们的方案自然是为自由空间光信道量身定制的，并且可以用于地面到卫星通信，其中损耗对于常规QKD来说是非常大且不可预测的。
2014-03-12 quant-ph
Distinguishability and Accessible Information in Quantum Theory
本文档集中于将概率分布的可分辨性的各种信息论度量转化为量子态的可分辨性度量。这些措施将在量子密码学和量子计算理论中有重要的应用。报告的结果包括以下内容。导出了两个混合态之间量子保真度的精确表达式。最佳的测量，产生它的详细研究。几个上限和下限的量子互信息推导出通过类似的技术和相互比较。值得注意的是一个简单的推导的重要上限首先证明了Holevo和一个明确的表达另一个（更严格）上限，隐含在同一推导。导出了量子Kullback相对信息的几个上、下界。开发的措施也适用于探查出量子系统必须被信息收集测量干扰的程度。这是从两个方面解决的。第一个是建立一个一般的形式主义描述推理和干扰之间的权衡。主要的一点是，它给出了一种表达问题的方法，使它看起来像是寻找量子可测量性问题的代数问题。关于这个主题的第二个结果是一个定理，禁止“广播”一个未知的（混合的）量子态。也就是说，当考虑两个系统而不考虑另一个系统时，没有办法将一个未知的量子态复制到两个单独的量子系统上。这包括系统之间的关联或量子纠缠的可能性。这一结果是纯态“不可克隆”定理的一个重要推广。
1996-01-23 quant-ph
Oblivious transfer based on quantum state computational distinguishability
不经意传输协议是密码学中的一个基本构建块，用于将信息从发送方传输到接收方，使得在协议结束时，发送方不知道接收方是否收到了消息。自从Shor量子算法出现以来，大多数经典密码方案的安全性都受到了威胁，因为它们依赖于因式分解是不可行的这一事实。为了克服这一点，量子力学在过去几十年中得到了广泛的应用，并且已经开发出了抵抗量子攻击的替代方案，以满足大量经典方案的（潜在的）安全性缺乏。本文在量子状态不可约性的假设下，提出了一个量子计算安全的两方不经意传输协议。该协议是可行的，在这个意义上，它是在多项式时间内实现。
2014-03-24 cs.CR math-ph math.MP
The Quantum Blackwell Theorem and Minimum Error State Discrimination
最近有人提出了经典统计学中著名的Blackwell定理的量子模拟。给定两个量子信道A和B，已经证明了一组支付函数对于B的值至少与对于A的值一样高，当且仅当存在量子混淆信道E使得A=EB。当这样的通道E存在时，我们可以在它们的“噪声”方面全局地比较A和B。我们表明，这种方法的信道噪声比较是等效的，通过考虑退化的状态的可扩展性。在这里，如果任何状态的集合，被馈送到每个通道并可能与附属物纠缠，从A中出现的区别并不比从通道B中出现的区别更大，则通道A被认为至少与通道B一样有噪声，其中可分辨性由最小错误鉴别概率量化。我们还提供了一个新的应用窃听检测量子密码。
2009-07-22 quant-ph
Impossibility of composable Oblivious Transfer in relativistic quantum cryptography
我们研究了加密原语不经意传输;这种资源的可组合结构将允许以安全的方式进行任意多方计算，即以分布式方式计算函数，同时保持来自不同各方的输入私有。首先，我们回顾了一个框架，使我们能够分析组合的经典和量子密码协议在狭义相对论：抽象密码实现的因果盒。然后，我们（1）探索并形式化文献中发现的不同版本的不经意传输，（2）证明它们的等价性在相对论量子环境中也成立，（3）表明在相对论环境中，不信任代理之间的经典或量子通信不可能组合地构建任何这些版本的不经意传输，（4）证明了这种不可能性也适用于多方计算;（5）给出了不经意传输和比特提交之间的一种相互构造。
2021-06-21 cs.CR quant-ph
Composable security in relativistic quantum cryptography
相对论协议被提出来克服经典和量子密码中的一些不可能结果。在这种情况下，我们会考虑到诚实玩家的位置，并利用信息传播速度不能超过光速的事实来限制不诚实代理人的能力。例如，已经提出了各种相对性比特承诺协议。虽然它已被证明，位承诺是足够的构造不经意的传输，从而多方计算，组成特定的相对论协议，以这种方式是已知的是不安全的。一个可组合的框架需要执行这样的模块化安全分析的建设计划，但没有已知的框架可以处理模型的计算在闵可夫斯基空间。通过实例化的系统模型，从抽象密码学框架与因果盒，我们得到这样一个可组合的框架，其中消息被分配在闵可夫斯基空间（或其叠加）的位置。这使我们能够分析相对论协议，并得出新的可能性和不可能性的结果。我们证明了：（1）抛硬币可以从原始的延迟信道中构造出来;（2）有偏抛硬币、比特承诺和延迟信道在没有进一步假设的情况下都是不可能的;（3）改进延迟信道是不可能的。注意，不可能性结果也适用于计算和有界存储设置。这意味着在特别是非组合性的所有建议的相对论位承诺协议，位承诺在有界存储模型，并有偏见的抛硬币。
2018-06-05 cs.CR quant-ph
Consecutive Measurement Tradeoffs in Quantum Cryptography
National University of Singapore（新加坡国立大学）；Nanjing University（南京大学）；The University of Hong Kong（香港大学）
本文研究了量子密码学中连续测量对信息提取的影响，提出连续测量定理框架，改进了成功概率的界限，并为多种密码原语提供了更强的安全保证。
2026-09-04 quant-ph
Relativistic zero-knowledge protocol for NP over the internet unconditionally secure against quantum adversaries
相对论密码学是一种实现无条件安全性的建议，它利用了没有信息载体可以比光速更快的事实。它基于时空约束，但不需要量子硬件。然而，尚不清楚这一提议是否现实。最近，Alikhani等人[ABC+21]实现了NP的相对论零知识。他们实现的方案显示了相对论密码学的可行性，但它只对经典对手是安全的。在这项工作中，我们提出了一种新的相对论性NP协议，该协议对量子对手是安全的，并且足够有效，可以在日常笔记本电脑和互联网连接上实现。我们使用斯特恩的零知识方案的综合症解码问题，这是以前在后量子密码学中使用。主要的技术贡献是[CL17]的连续测量框架的推广，以证明我们的方案对量子对手的安全性，我们执行了一个实现，证明了我们提出的方案的可行性和效率。
2021-12-02 cs.CR quant-ph
Quantum non-locality, causality and mistrustful cryptography
在这里，我们提出了一个广义相对论量子密码学框架，利用量子非局域性和狭义相对论与密码学的迷人的连接。无条件安全的基本原理是因果关系和双重量子非定域关联：首先是纠缠交换，然后是因果独立纠缠系统上的隐形传态。我们表明，所提出的框架具有以下显着的和新的特点，在不信任密码学：（i）它有助于定义一个新的概念，不经意传输的数据和传输位置保持不经意。(ii)传输的数据的真实性和完整性由量子理论的基本原理而不是计算复杂性来保证。(iii)它直接导致了目前被认为是不可能的无条件安全和确定性的双边两方计算。(iv)所提出的框架被证明是具有零偏置的异步理想抛硬币，这在以前是没有实现的。(v)同样的框架也意味着无条件安全的比特承诺。最后，这里讨论的量子非定域性和相对论的结合可以很容易地推广到多方设置，可以用来解决其他不信任的密码任务，如秘密共享和密钥协商安全。
2015-03-23 quant-ph
Relativistic entanglement of Bell states with general momentum
本文研究了具有动量（不一定与助推方向正交）和自旋的纠缠Bell态的洛伦兹变换。通过考虑归一化的相对论观测量，我们将量子关联和Bell不等式推广到相对论领域。结果表明，在狭义相对论中，纠缠态在垂直于boost方向上的量子信息最终会丢失，Bell不等式并不总是成立。这可能会对某些量子信息处理施加限制，例如使用大质量粒子的量子密码术。
2003-04-17 quant-ph
Lossy-and-Constrained Extended Non-Local Games with Applications to Quantum Cryptography
本文证明在考虑约束和损耗（由实验误差和量子通信损耗激发）时，扩展非局部博弈的SDP层级仍收敛于最优值，并应用于相对论比特承诺、量子密钥分发和量子位置验证，获得更紧的安全性证明。
2025-04-09 quant-ph
Towards Enhanced Quantum Resistance for RSA via Constrained Rényi Entropy Optimization: A Theoretical Framework for Backward-Compatible Cryptography
School of Electrical and Computer Engineering, Nanfang College（南方学院电气与计算机工程学院）
本文提出CREO框架，通过限制RSA素数接近度以优化瑞尼熵，提升RSA的量子抗性，同时保持向后兼容性。
2026-03-10 cs.CR math.NT quant-ph
Quantum Tasks in Minkowski Space
量子信息的基本性质及其在计算和密码学中的应用已经通过考虑在非相对论性量子力学中被证明是可能的或不可能的信息理论任务而得到了极大的阐明。我在这里描述了一个在（特殊）相对论性量子理论中定义任务的一般框架，并用相对论性量子密码学和相对论性分布式量子计算的例子来说明它。该框架给出了一个统一的描述，以前考虑的所有任务，也定义了一个大类的新问题的量子信息的性质与闵可夫斯基因果关系。它提供了一种探索有趣的新的基本任务和应用的方法，也突出了相对论量子理论的基本信息理论属性的更系统的理解范围。
2012-04-18 gr-qc hep-th quant-ph
Quantum information and special relativity
相对论效应几乎影响了量子信息理论的所有概念。即使探测器是完美的，真空也表现为一个嘈杂的通道。约化密度矩阵的标准定义对于光子偏振失效，因为横截性条件表现得像超选择规则。然而，我们可以定义一个有效的约化密度矩阵，它对应于一类受限制的正算子值测度。没有纯光子量子比特，也没有完全正交的量子比特状态。大质量粒子自旋的约化密度矩阵定义明确，但在洛伦兹变换下不是协变的。自旋熵不是一个相对论标量，没有不变的意义。量子信号的可分辨性及其纠缠依赖于观测者的相对运动。
2003-01-15 quant-ph
A proposal for founding mistrustful quantum cryptography on coin tossing
经典密码学的一个重要分支是处理当不信任的各方需要生成、处理或交换信息时出现的问题。正如Kilian在前一段时间所展示的那样，不信任的经典密码学可以建立在一个单一的协议上，即不经意传输，从这个协议中可以建立一般的安全多方计算。不信任量子密码学的范围受到不通过定理的限制，该定理排除了无条件安全的量子协议，用于不经意传输或一般安全的两方计算。这些定理甚至适用于考虑相对论信令约束的协议。一般来说，最好的希望是量子协议在计算上对量子攻击安全。我在这里描述了一种方法，用于从安全的掷硬币协议中构建一个经典认证的位承诺，从而构建所有其他不信任的加密任务。没有安全性证明，但我概述了这些协议可以抵抗量子计算攻击的原因。
2003-06-12 cs.CR quant-ph
Velocity effects slightly mitigating the quantumness degradation of an Unruh-DeWitt detector
Universidade Federal do Piauí (UFPI)（皮奥伊联邦大学）；Liaoning Normal University（辽宁师范大学）；Universidade Federal do Ceará (UFC)（塞阿拉联邦大学）
研究速度效应如何缓解加速量子系统中Unruh效应导致的信息退化，通过非相对论和相对论速度 regime 分析探测器的量子相干性、可见性及路径区分性，发现速度与加速度的复合效应可保护高加速系统中的量子性。
2026-01-12 hep-th quant-ph
Device-Independent Relativistic Quantum Bit Commitment
我们研究了设备无关的相对论量子比特承诺的可能性。我们注意到{\it位置攻击}的潜在威胁，其中相对论量子密码学中使用的不可信设备的行为取决于它们的时空位置。我们描述了相对论量子比特承诺计划，是免疫这些攻击，并表明，这些计划提供设备独立的安全性对假设的后量子对手只受无信令原则。我们比较了一个相对论经典的比特承诺方案与类似的功能，并注意到一些可能的优点的量子计划。
2015-04-03 cs.CR quant-ph
Detector-Frame Quantum Limits for Heterodyne Timing in Relativistic Optical Links
Qatar Center for Quantum Computing, College of Science and Engineering, Hamad Bin Khalifa University（卡塔尔量子计算中心，科学与工程学院，哈马德·本·哈利法大学）；Department of Physics, University of Florida（佛罗里达大学物理系）；Canadian Quantum Research Center（加拿大量子研究中心）；Irving K. Barber School of Arts and Sciences, University of British Columbia - Okanagan（不列颠哥伦比亚大学奥肯那根分校欧文·K·巴伯艺术与科学学院）；Department of Mathematical Sciences, Durham University（杜伦大学数学科学系）；Faculty of Sciences, Hasselt University（哈瑟尔特大学理学院）
该研究针对相对论光链路零差定时的探测器框架量子极限问题，采用双模信号-本振模型推导相关边界，结合分析得出预锁定窗口与相位误差的立方根缩放基准，为量子受限零差定时提供了探测器框架基准。
2026-10-14 quant-ph
Complementarity and causal propagation of decoherence by measurement in relativistic quantum field theories
为了揭示引力的量子本质，人们对牛顿引力势在物体间产生的纠缠进行了广泛的讨论。在本文中，我们进行了量子场论分析的一个稍微修改版本的gedanken实验的马里和同事。我们表明，由于存在一个检测器的退相干传播的延迟格林函数的光的速度，因为它应该是一致的相对论场论的因果关系。场的量子性质，如量子涨落或用凯尔迪什格林函数表示的引力子发射，在壳层粒子产生的退相干机制中也起着重要作用。我们还讨论了干涉的可见性和测量的可测量性之间的权衡关系，称为波粒二象性，在我们的设置。
2022-11-07 gr-qc hep-th quant-ph
The causal structure of Minkowski space time: possibilities and impossibilities of secure positioning
如果证明者和验证者没有预共享数据，而不诚实的证明者具有任意量的预共享纠缠，则安全定位，即位于指定位置的证明者使位于远距离参考站的一组验证者确信他/她确实处于特定位置，被认为是不可能的[Nature 479，307-308（2011）]。我们在这里认为，目前不可能的安全定位的结果是没有利用相对论性量子信息理论的全部权力的结果，并表明，安全定位，因此基于位置的量子密码术是可能的，如果因果结构的闵可夫斯基时空和量子非局域性使用得当。
2015-05-07 quant-ph
Robust Relativistic Bit Commitment
相对论密码学利用了信息传播速度不能超过光速的事实，以获得单靠量子力学定律无法实现的安全保证。最近，Lunghi等人[Phys.Rev.Lett. 2015]提出了一种比特承诺方案，其中每一方使用两个代理以同步方式交换经典信息，并且这既是隐藏又是绑定。需要注意的是，承诺时间本质上受到参与者的空间配置的限制，并且增加这一时间需要代理在协议的整个持续时间内交换消息。虽然这种解决方案在计算上仍然具有吸引力，但其实用性在现实环境中受到严重限制，因为所有通信必须始终保持完美同步。在这项工作中，我们介绍了一个强大的协议，相对论比特承诺，容忍故障的经典通信网络。这是通过向双方添加第三方代理来实现的。我们的计划提供了一个二次改进的预期维持时间相比，原来的协议，同时保持相同的安全水平。
2016-08-11 cs.CR quant-ph
Constraining the doability of relativistic quantum tasks
我们在相对论量子任务的框架内表明，任何任务的可行性完全取决于其参数的一个小子集，我们称之为“粗糙的因果结构”，以及它旨在完成的分布式计算。我们通过使用称为时空电路的结构来严格定义协议的概念来做到这一点，时空电路描述了计算如何在时空区域内进行。使用时空电路，我们表明，任何协议，可以完成一个给定的任务，而不改变它的可行性，进行重大的几何修改，如改变背景时空和移动的位置的输入和输出点，只要粗糙的因果结构的任务是保持。除了提供一个强大的工具来确定一个任务的可行性，我们的研究结果加强了基于位置的量子密码学的不去定理，包括任意发送和接收信号的验证区域以外的验证代理。它们也可以作为全息原理的一致性检验，表明体积和边界因果结构之间的差异不会导致一项任务在一个地方可行而在另一个地方不可行。
2022-01-21 hep-th quant-ph
Macroscopic quantum distinguishablity, identity and irreversibility
本文在局部时间方案中表明，宏观多粒子系统可自然获得可区分性与个体性，其动力学轨迹不可逆，并推导出非指数衰变定律，需进一步分析相对论因果性与宇宙学背景。
2025-01-23 quant-ph
A Quantum Paradox of Choice: More Freedom Makes Summoning a Quantum State Harder
时空中量子信息的性质可以通过研究操作任务来研究。在一个这样的任务中，召唤，一个未知的量子态在一个点上被提供，在另一个点上发出一个调用，以便在第三个点上返回。Hayden-May最近证明了当保证最多一次召唤时，有限集合的召唤和返回点保证召唤状态成功返回的充分必要条件。我们证明了必要和充分条件时，可能有几个可能的选择和遵守任何一个构成成功。我们证明了在召唤中存在一个“选择的量子悖论”：完成任务的额外自由使它变得更加困难。这一有趣的结果在分布式量子计算和密码学中有实际应用，也对我们理解相对论性量子信息及其在时空中的局域化有意义。
2015-09-14 quant-ph
Experimental practical quantum tokens with transaction time advantage
本文首次实验演示了量子S代币，在错误和损耗下保持安全，通过高系统效率的单光子源和短距离通信，实现了优于经典方案的交易时间优势，适用于高安全、低延迟场景。
2024-09-19 quant-ph
Universal Quantum Computing with Field-Mediated Unruh--DeWitt Qubits
本文针对相对论量子信息理论中通用量子门集合缺失的问题，提出了场介导的 Unruh--DeWitt 受控酉逻辑门，并利用钻石距离验证其性能，成功定义了 CNOT、Hadamard、S 和 T 门，证明 UDW 探测器可实现通用量子计算。
2024-02-15 hep-th quant-ph
Thermal Time and Irreversibility from Non-Commuting Observables in Accelerated Quantum Systems
研究热时间在相对论量子场论中如何通过局部探测器模型成为操作意义，发现当状态满足KMS条件且探测器通过非对易可观测量耦合时，可区分性出现。
2026-04-27 gr-qc quant-ph
Experimental asymmetric relativistic zero-knowledge proofs with unconditional security
National Laboratory of Solid State Microstructures and School of Physics, Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University（南京大学固体微结构物理国家重点实验室和物理学院，先进微结构协同创新中心）；School of Physics and Beijing Key Laboratory of Opto-electronic Functional Materials and Micro-nano Devices, Key Laboratory of Quantum State Construction and Manipulation (Ministry of Education), Renmin University of China（中国人民大学物理学院，光电功能材料与微纳器件北京市重点实验室，量子态构建与操控教育部重点实验室）；Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore（新加坡国立大学量子技术中心）；MatricTime Digital Technology Co. Ltd.（矩阵时代数字技术有限公司）
提出一种基于相对论比特承诺的非对称相对论零知识证明协议，通过关联非局域CHSH游戏证明量子可靠性，将轮复杂度与边数线性关联，实验在0.22秒内完成交互，随机性成本430.81 MB。
2026-06-18 cs.CC cs.CR quant-ph
A general framework for cyclic and fine-tuned causal models and their compatibility with space-time
本研究提出一个适配循环、微调及非经典因果影响的通用因果建模框架，定义操作性与相对论性因果概念的独立表述及二者联系，给出时空嵌入的兼容性条件，识别多类因果循环并引入高阶影响关系以助力微调因果模型的因果发现。
2022-09-07 gr-qc math.ST quant-ph
