Relating non-local quantum computation to information theoretic cryptography
本文将非局域量子计算与条件秘密披露、私有同时消息传递等信息论密码学原语建立等价或归约关系，由此获得 $f$-routing 的次指数上界、首个高效策略以及 CDS 和 CFE 的线性下界等新结果。
2024-06-24 quant-ph
Post-selection technique for quantum channels with applications to quantum cryptography
提出了一种研究作用于n体系统的量子信道性质的一般方法，该系统的作用量在子系统的排列下是不变的。我们的主要结果是，为了证明某个性质对任何任意输入都成立，考虑输入是特定的de Finetti型状态的特殊情况就足够了，即，一种状态，由单个子系统上的（未知）状态的n个相同且独立的副本组成。一个类似的陈述适用于更一般的渠道，这些渠道是关于任意有限或局部紧群的作用的协变。我们的技术可以应用于信息理论问题的分析。例如，在量子密码学中，我们得到了一个简单的证明，证明了一个离散变量量子密钥分发协议对集体攻击的安全性意味着该协议对大多数一般攻击的安全性。所得到的安全界限比通过依赖于指数de Finetti定理[Renner，Nature Physics 3，645（2007）]的证明获得的先前已知的界限更紧。
2008-09-17 quant-ph
Optimization of security costs in nested purification protocol
本文分析了在一个大型量子密码网络中，采用量子交换机和中继器的一段嵌套净化协议的安全代价。我们证明了纠缠资源的指数甚至超指数增长依赖于网络交换机的数量。为此，建议在嵌套策略中进行优化，以防止纠缠资源的指数增长。
2002-02-28 quant-ph
A Hands-On Quantum Cryptography Workshop For Pre-University Students
我们开发了一个传统的（BB84）量子密钥分发协议的修改版本，可以理解和实施的学生在大学预科水平。我们有意地对原始协议进行了微妙但关键的简化，允许实验以适合学生的技能水平进行组装，代价是制造了一个安全漏洞。然后，学生黑客利用安全漏洞，让参与者更深入地思考使协议以其原始形式安全的底层物理。
2020-07-30 physics.ed-ph quant-ph
Practical Quantum Cryptography: A Comprehensive Analysis (Part One)
我们执行一个全面的分析，在实际的物理环境中实现的实际量子密码（QC）系统，通过自由空间或光纤电缆量子信道的地面-地面，地面-卫星，空中-卫星和卫星-卫星链路。(1)我们得到了普遍的表达式的有效保密能力和速率的QC系统考虑到三个重要的攻击个人量子比特，包括显式的封闭形式的表达式所需的隐私放大量。我们的分析还包括显式计算的总成本在比特的连续认证的详细信息，从而获得新的结果，实际的密码的有限长度。(2)我们第一次执行一个详细的，明确的分析，由于传播，错误，噪声等所有系统的损失，适当的光纤电缆和卫星通信为基础的实施质量控制。(3)我们计算的第一次所有的系统负载成本与经典的通信和计算的限制，是辅助的，但必不可少的执行，纯QC协议本身。(4)我们介绍了一个扩展的Bennett-Bennett（BB84）QC协议，同样提供无条件的保密性，但允许针对特定的密码分析攻击的吞吐率优化的可能性的推广家庭。(5)我们得到普遍的预测，可以实现与实际的系统设计在现实的环境条件下的最大速率。(6)我们提出了一个具体的QC系统设计，其中包括使用一种新的方法，高速光子检测，可能能够实现非常高的吞吐率，在现实环境中的实际实现。
2003-12-04 quant-ph
Controlled entanglement source for quantum cryptography
本研究提出一种通过光学泵浦相位随机化为纠缠源增加访问控制的简单协议，有效管理用户对量子密码学纠缠资源的使用，并可作为设备无关量子密钥分发记忆攻击的低成本对策，实验验证了其可行性。
2023-05-03 physics.optics quant-ph
Security of a secret sharing protocol on the Qline
本文提出一种在Qline架构上分发0的加法秘密共享的量子协议，证明其在Abstract Cryptography框架内可组合安全，支持安全执行匿名否决等密码学任务且降低通信成本。
2025-04-28 quant-ph
Free-Space Quantum Key Distribution
基于物理定律而不是未经证实的数学复杂性基础，量子密码学为加密提供了一种完全不同的解决方案，并承诺无条件的安全性。量子密码系统通常建立在通过光纤彼此连接的两个节点之间。本章重点介绍在自由空间光信道上运行的量子密码系统，作为光纤同行的一种具有成本效益和免许可证的替代方案。它概述了在西班牙国家研究委员会（西班牙马德里）开发的实验性自由空间量子通信链路的不同部分。
2016-11-08 physics.optics quant-ph
Experimental composable key distribution using discrete-modulated continuous variable quantum cryptography
本文首次实验实现四态离散调制连续变量QKD系统，在20公里光纤信道上生成抗集体攻击的可组合有限长密钥，为大规模部署高性价比实用QKD网络奠定基础。
2024-10-17 quant-ph
Time-energy tradeoff in unambiguous state discrimination POVM
非对称非正交态鉴别在量子信息和量子密码学中具有重要意义。通过POVM广义测量进行判别。对于这个过程中，我们发现所需的能源和进化时间之间的权衡，并表示为行动的成本不等式。我们发现实现，最大限度地减少这种类似行动的成本，并表明，在这种情况下，成本是由最大的人口转移系统的辅助POVM实现所需的。
2013-09-10 quant-ph
Memory Attacks on Device-Independent Quantum Cryptography
设备无关的量子密码方案旨在仅基于所使用的任何组件的输出统计来保证用户的安全性，而无需验证其内部功能。由于这将保护用户免受不可信或不称职的制造商，破坏或设备退化，这个想法引起了很大的兴趣，并提出了许多设备无关的计划。在这里，我们确定了依赖于安全实验室之间的公共通信的设备独立协议的一个关键弱点。不受信任的设备可能会记录它们的输入和输出，并在以后的运行期间通过公开讨论的输出来泄露有关它们的信息。因此，重用设备会危及协议的安全性，并有泄露秘密数据的风险。可能的防御措施包括安全地销毁或隔离使用过的设备。然而，这些都是昂贵的，往往是不切实际的。我们提出了其他更实用的部分防御，以及一个新的协议结构的设备无关的量子密钥分发，旨在实现组合安全的情况下，双方使用少量的设备，反复共享密钥与对方（没有其他方）。
2013-08-06 quant-ph
Entanglement cost in non-local quantum computation
Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）
探讨非局部量子计算（NLQC）中纠缠成本，该方法利用通信和共享纠缠实现量子操作，出现在多领域。回顾了纠缠成本上下界及NLQC应用与其他主题联系，为相关研究提供了全面论述。
2026-11-02 quant-ph
A high-level comparison of state-of-the-art quantum algorithms for breaking asymmetric cryptography
本文比较了 Regev 量子算法及其扩展与现有最新因子分解和离散对数量子算法的成本，指出无论是否采用节省空间优化，Regev 算法在密码学相关实例上均未取得整体优势，仍需进一步优化。
2024-05-23 cs.CR quant-ph
Implementing Grover oracles for quantum key search on AES and LowMC
Grover的搜索算法通过搜索匹配少量明文-密文对的密钥来对分组密码进行量子攻击。此攻击使用$O(\sqrt{N})$调用密码来搜索大小为$N$的密钥空间。在AES的特定情况下，以前的工作通过分析密码的量子线路来推导出全部门成本，但重点是最小化量子比特的数量。相比之下，我们研究了深度限制下的量子密钥搜索攻击的成本，并引入了减少预言深度的技术，即使它需要更多的量子位。作为例子，我们为分组密码AES和LowMC设计了量子线路。我们的电路在门数和深度乘以宽度成本模型中给出了较低的总体攻击成本。在NIST的后量子密码学标准化过程中，安全类别是基于针对AES的量子密钥搜索的具体成本来定义的。我们提出了新的，更低的成本估计为每一类，所以我们的工作有直接的影响后量子密码学的安全评估。作为这项工作的一部分，我们发布了针对AES-128，-192，-256和Picnic中使用的三个LowMC实例的完整Grover oracle的Q#实现，包括单元测试和代码，以重现我们的量子资源估计。据我们所知，这是前两个这样的全面实施和自动资源估计。
2019-10-03 cs.ET quant-ph
QPP and HPPK: Unifying Non-Commutativity for Quantum-Secure Cryptography with Galois Permutation Group
本文提出统一框架，结合QPP与HPPK，利用伽罗瓦置换群的非交换性，实现量子安全的对称加密、密钥封装与数字签名，具有紧凑尺寸和高效性能。
2024-02-07 cs.CR quant-ph
Construction of a Class of Communication-Efficient Quantum Secret Sharing Schemes
School of Mathematics and Statistics, Shaanxi Normal University（陕西师范大学数学与统计学院）
针对量子秘密共享面临的通信成本高和传输效率低等问题，本文提出检测中间集的方法，进而构建带窃听检测的通信高效完美量子秘密共享方案，分析不同参与方数量下通信成本，验证了方案的通信效率与安全性。
2026-07-23 quant-ph
A compact entanglement distillery
大规模量子相关网络可以改变从通信和密码学到计算，计量和新材料模拟的技术。实现这种量子增强的关键是在遥远的节点之间分配高质量的纠缠。这是可能的，在不可避免的存在退相干的纠缠蒸馏。然而，该协议的当前版本在资源方面成本过高。我们介绍了一种新的方案，连续变量纠缠蒸馏，只需要线性的时间和恒定的物理或空间资源，这两者都是指数级的改进，现有的协议。我们的方案使用一个固定的模块-纠缠存储器-只包括四个量子存储器，最多50%的存储效率，并允许一个可行的实验实现。通过在非理想量子存储器的常规存储作用之外使用非理想量子存储器来获得非理想的量子优势。通过在同一物理空间中创建、存储和处理信息，该方案为跨不同量子技术设计稳定、可扩展的协议建立了一种潜在的有价值的技术。
2011-07-20 quant-ph
Quantum-Safe Code Auditing: LLM-Assisted Static Analysis and Quantum-Aware Risk Scoring for Post-Quantum Cryptography Migration
本文提出量子安全代码审计工具，结合正则表达式检测量子脆弱算法、LLM辅助上下文丰富及VQE模型风险评分，评估五个开源库发现5775项问题，实现高精度和召回率。
2026-04-01 cs.CR cs.SE quant-ph
Experimental realization of secure multi-party computation in an entanglement access to network
为了构建一个具有许多最终用户的量子网络，关键是要有一种具有成本效益的方式来在不同的网络端分发纠缠。我们演示了一个纠缠接入网络，其中昂贵的资源，在电信波长和核心通信信道的纠缠光子源，是由许多最终用户共享。使用这种具有成本效益的纠缠接入网络，我们报告的实验演示的安全多方计算协议，隐私保护的安全和问题，基于网络量子密码学。
2015-08-05 physics.optics quant-ph
Lower bounds on non-local computation from controllable correlation
Institute for Quantum Computing and School of Computer Science, University of Waterloo（量子计算研究所与滑铁卢大学计算机科学学院）；Institute for Quantum Computing and Perimeter Institute for Theoretical Physics（量子计算研究所与珀西瓦尔理论物理研究所）
本文提出两种新方法，基于可控相关性和可控纠缠，为任意单元涡提供非局部量子计算的纠缠成本下界，解决了CNOT门等常见双量子位门的下界问题，且具有平行重复性质。
2026-04-29 quant-ph
Long term test of a fast and compact Quantum Random Number Generator
随机数是许多应用的基本资源，包括密码学和蒙特卡罗模拟。量子随机数发生器（QRNG）代表了随机性的最终来源，因为这些数字是通过对本质上具有概率性的物理量子过程进行采样而获得的。然而，它们还没有被广泛采用，以取代确定性伪随机数发生器（PRNG）的实际应用。QRNG被认为是有趣的设备。然而，它们在模拟方面比PRNG慢，并且通常被视为笨拙的实验室原型，易于失败并且对于加密应用程序不可靠。在这里，我们克服了这些限制，并展示了一个紧凑和独立的QRNG能够产生随机数的速度为8 Gbit/s不间断71天。在此期间，量子过程的物理参数由发生器本身实现的自检功能实时监控。与此同时，输出的随机数进行了分析，最严格的统计测试套件。分析表明，QRNG在没有物理不稳定性或硬件故障的情况下持续运行。同时，输出的随机数进行了分析，最严格的统计测试，这是通过在整个操作时间。这种广泛的试验证明了稳健设计的QRNG的可靠性，并为其在基于随机性的实际应用中的使用铺平了道路。
2018-07-11 quant-ph
Single-photon-emitting diodes: a review
紧凑而可靠的非经典光源可以在新兴技术中找到许多应用，如量子密码学，量子成像以及量子物理学的基础测试。由于这个原因，单个自组装量子点已经被广泛研究，但绝大多数报道的工作仅限于光激发源。在这里，我们讨论了迄今为止所取得的进展，和前景，电驱动单光子发射二极管（SPEDs）。
2006-10-31 cond-mat.other quant-ph
A practical compact source of heralded single photons for simple detection LIDAR
光量子技术如量子传感、量子密码学和量子计算都利用了非经典光的特性，如精确的光子数和纠缠光子对态，超越了基于经典光的技术。用于获得预示的单光子的常见途径是光纤中的自发四波混频，允许良好定义的空间模式，用于高效集成到光纤网络中。这些光纤通常使用需要高功率（~10 W）泵浦激光器的大型商用脉冲激光器进行泵浦，并且限于~MHz的重复率。在这里，我们提出了一个具有成本效益，紧凑和移动的替代方案。在660 nm和960 nm处的光子对将使用商业双折射光纤中的四波混频来产生，使用来自使用腔增强的光学频率梳产生的785 nm CW激光二极管的具有GHz重复率的变换限制皮秒脉冲来泵浦。预测脉冲具有275 mW的平均功率、>40 W的峰值功率和每秒检测到的>2000对的预测光子产额。该设计将在稍后用于实现基于空闲光子和信号光子之间的符合计数的量子照明方案，而不是信号和空闲光子之间的联合测量。这将允许相对于经典LIDAR的量子优势，而不需要在自由空间中保持干涉稳定性。
2021-09-05 physics.optics quant-ph
Expressing and Analyzing Quantum Algorithms with Qualtran
本文介绍开源库 Qualtran，通过抽象、数据结构和标准构建模块支持量子算法的表示、模拟、图示生成与资源估算，并在多类关键算法上展示可复现分析能力。
2024-09-06 cs.PL quant-ph
Emulation of the Six-State Quantum Key Distribution Protocol with Pulsed Lasers
针对量子密码教研需求，本文提出结合光学实验与计算分析的仿真框架，可低成本测试六态量子密钥分发协议，验证多基矢编码原理及实验测量与理论的关联。
2025-11-17 math-ph math.MP physics.optics
On the practicality of quantum sieving algorithms for the shortest vector problem
HUN-REN Alfréd Rényi Institute of Mathematics（匈牙利科学院阿尔弗雷德·雷尼数学研究所）；Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore（新加坡国立大学量子技术中心）；David R. Cheriton School of Computer Science, University of Waterloo（滑铁卢大学大卫R.切里顿计算机科学学院）
本文分析了量子筛算法在解决最短向量问题时所需资源，发现即使在乐观假设下，400维晶格问题仍需10^13个物理量子比特和10^31年，表明当前量子计算在密码学维度上缺乏显著加速。
2025-02-17 cs.CR quant-ph
Ultra Compact low cost two mode squeezed light source
Ariel University（阿里埃尔大学）
本文提出了一种基于四波混频的超紧凑低成本双模压缩光源，实现了低功率下的高压缩性能，适用于原子量子传感和量子网络。
2026-01-20 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Reversible Circuit Synthesis Using a Cycle-Based Approach
可逆逻辑在包括信号处理、密码学和量子计算在内的各种研究领域都有应用。在本文中，直接NCT为基础的合成一个给定的$k$ -循环在一个基于循环的合成方案进行检查。为此，提出了一组七个构建块，揭示了直接合成给定置换以降低量子成本和平均运行时间的潜力。为了合成一个给定的大周期，我们提出了一个分解算法，从输入规范中提取建议的构建块。然后，介绍了一种综合方法，它使用的积木和分解算法。最后，一个混合的合成框架，建议使用建议的周期为基础的合成方法结合最近的NCT为基础的合成方法之一，这是基于里德-穆勒（RM）光谱。详细分析了该综合方法的时间复杂度和有效性。我们的分析表明，所提出的混合框架导致更好的量子成本在最坏的情况下相比，以前提出的方法。所提出的框架总是收敛，通常合成一个给定的规格非常快的合成算法相比。此外，基准函数的量子成本平均提高了20%（最好的情况下为55%）。
2010-12-27 cs.ET quant-ph
