Свойства многомодовых фазово-усредненных когерентных состояний
https://doi.org/10.17586/2220-8054-2025-16-3-311-316
Аннотация
Фазово-усредненные когерентные состояния широко используются в протоколах квантового распределения ключей с ложными состояниями и фазовым кодированием. С точки зрения развития архитектуры квантовых протоколов важно понимать, может ли фазовое усреднение осуществляться на произвольном этапе оптической схемы без влияния на информационные свойства квантовой системы. В настоящей работе с помощью формализма алгебры супероператоров показано, что фазовое усреднение двухмодового когерентного состояния коммутирует с линейными оптическими преобразованиями. Это означает, что фазовое усреднение может осуществляться практически на любом этапе оптической установки. Продемонстрировано, что граница Холево для такого состояния совпадает с границей Холево для обычных когерентных состояний, имея в виду, что граница Холево является количественной мерой максимального объема информации, доступного для злоумышленника. Полученные результаты указывают на то, что фазовое усреднение может быть напрямую применено к системам распределения квантовых ключей на боковых частотах.
Об авторах
М. С. Гусельников
ITMO University
Россия
Россия
А. А. Гайдаш
ITMO University; Steklov Mathematical Institute of Russian Academy of Sciences
Россия
Россия
Г. П. Мирошниченко
ITMO University
Россия
Россия
А. В. Козубов
ITMO University; Steklov Mathematical Institute of Russian Academy of Sciences
Россия
Россия
Список литературы
1. Zhang Y., Wei K., Xu F. Generalized Hong-Ou-Mandel quantum interference with phase-randomized weak coherent states. Physical Review A, 2020, 101(3), P. 033823.
2. Bennett C., Bessette F., Brassard G.,Salvail L., and Smolin J. Experimental quantum cryptography. Journal of cryptology, 1992, 5(3).
3. Gobby C., Yuan Z., and Shields A. Quantum key distribution over 122 km of standard telecom fiber. Applied Physics Letters, 2004, 84, P. 3762.
4. Bogdanski J., Ahrens J., Bourennane M. Sagnac quantum key distribution and secret sharing. In Quantum Communications Realized II, SPIE, 2009, 7236, P. 120–127.
5. Mo X., Zhu B., Han Z., Gui Y., Guo G. Faraday-Michelson system for quantum cryptography. textitOptics letters, 2005, textbf30(19), P. 2632– 2634.
6. Brougham T., Barnett S., McCusker K., Kwiat P., Gauthier D. Security of high-dimensional quantum key distribution protocols using Franson interferometers. Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics, 2013, 46(10), P. 104010.
7. Vorontsova I., Goncharov R., Kynev S., Kiselev F., Egorov V. Measurement-device-independent continuous variable quantum key distribution protocol operation in optical transport networks. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 2023, 14(3), P. 342–348.
8. Latypov I.Z., Chistiakov V.V., Fadeev M.A., Sulimov D.V., Khalturinsky A.K., Kynev S.M., Egorov V.I. Hybrid quantum communication protocol for fiber and atmosphere channel. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 2024, 15(5), P. 654–657.
9. Lo H.-K., Preskill J. Phase randomization improves the security of quantum key distribution. arXiv preprint quant-ph/0504209, 2005.
10. Lo H.K., Ma X., and Chen K. Decoy state quantum key distribution. Physical review letters, 2005, 94(23), P. 230504.
11. Allevi A., Bondani M., Marian P., Marian T., and Olivares S. Characterization of phase-averaged coherent states. Journal of the Optical Society of America B, 2013, 30(10), P. 2621–2627.
12. Allevi A., Olivares S., Bondani M.Manipulating the non-Gaussianity of phase-randomized coherent state. Optics Express, 2012, 20(22), P. 24850–24855.
13. Wang Q., Wang X.B. Simulating of the measurement-device independent quantum key distribution with phase randomized general sources. Scientific reports, 2014, 4(1), P. 4612.
14. Valente P., Lezama A. Probing single-photon state tomography using phase-randomized coherent states. Journal of the Optical Society of America B, 2017, 34(5), P. 924–929.
15. Moschandreou E., Garcia J.I., Rollick B.J., Qi B., Pooser R., and Siopsis G. Experimental study of Hong-Ou-Mandel interference using independent phase randomized weak coherent states. Journal of Lightwave Technology, 2018, 36(17), P. 3752–3759.
16. Glerean F., Rigoni E.M., Jarc G., Mathengattil S.Y., Montanaro A., Giusti F., et.al. Ultrafast pump-probe phase-randomized tomography. Light: Science and Applications, 2018, 14(1), P. 115.
17. Zhao Y., Qi B., and Lo H.K. Experimental quantum key distribution with active phase randomization. Applied physics letters, 2007, 90(4), P. 044106.
18. Gaidash A., Kozubov A., Kiselev A., and Miroshnichenko G. Algebraic approach for investigation of a multi-mode quantum system dynamics. arXiv preprint arXiv:2207.01383, 2022.
19. Ivanovic A.D. How to differentiate between non-orthogonal states. Physics Letters A, 1987, 123(6), P. 257–259.
20. Peres A., Terno D.R. Optimal distinction between non- orthogonal quantum states. Journal of Physics A: Mathematical and General, 1998, 31(34), P. 7105.
21. Chefles A. Unambiguous discrimination between linearly inde- pendent quantum states. Physics Letters A, 1998, 239(6), P. 339–347.
22. Kozubov A., Gaidash A., and Miroshnichenko G. Quantum control attack: Towards joint estimation of protocol and hardware loopholes. Physical Review A, 2021, 104(2), P. 022603.
23. Gaidash A., Miroshnichenko G., and Kozubov A. Sub-carrier wave quantum key distribution with leaky and flawed devices. Journal of the Optical Society of America B, 2022, 39(2), P. 577–585.
24. Miroshnichenko G., Kozubov A., Gaidash A., Gleim A.V., and Horoshko D.V. Security of subcarrier wave quantum key distribution against the collective beam-splitting attack. Optics express, 2018, 26(9), P. 11292–11308.
25. Sajeed Sh., Chaiwongkhot P., Huang A., Qin H., Egorov V., Kozubov A., Gaidash A., Chistiakov V., Vasiliev V., Gleim A., et al. An approach for security evaluation and certification of a complete quantum communication system. Scientific Reports, 2021, 11(1), P. 1–16.
26. Chistiakov V., Kozubov A., Gaidash A., Gleim A., and Miroshnichenko G. Feasibility of twin-field quantum key distribution based on multi-mode coherent phase-coded states. Optics express, 2019, 27(25), P. 36551–36561.
27. Samsonov E., Goncharov R., Gaidash A., Kozubov A., Egorov V., and Gleim A. Subcarrier wave continuous variable quantum key distribution with discrete modulation: mathematical model and finite-key analysis. Scientific Reports, 2020, 10(1), P. 1–9.
28. Miroshnichenko G., Kiselev A., Trifanov A., Gleim A. Algebraic approach to electro-optic modulation of light: exactly solvable multimode quantum model. Journal of the optical society of America B, (2017), 34(6), P. 1177–1190.
29. Cao Zh., Zhang Zh., Lo H.-K., and Ma X. Discrete-phase-randomized coherent state source and its application in quantum key distribution. New Journal of Physics, 2015, 17(5), P. 053014.
30. Wang R.-Q., Yin Zh.-Q., Jin X.-H., Wang R., Wang Sh., Chen W., Guo G.-C., and Han Zh.-Fu. Finite-key analysis for quantum key distribution with discrete-phase randomization. Entropy, 2023, 25(2), P. 258.
31. Nahar Sh., Upadhyaya T., and L¨utkenhaus N. Imperfect phase randomization and generalized decoy-state quantum key distribution. Physical Review Applied, 2023, 20(6), P. 064031.
Рецензия
Для цитирования:
Гусельников М.С., Гайдаш А.А., Мирошниченко Г.П., Козубов А.В. Свойства многомодовых фазово-усредненных когерентных состояний. Наносистемы: физика, химия, математика. 2025;16(3):311-316. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2025-16-3-311-316
For citation:
Guselnikov M.S., Gaidash A.A., Miroshnichenko G.P., Kozubov A.V. Properties of multi-moded phase-randomized coherent states. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2025;16(3):311-316. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2025-16-3-311-316
Просмотров:
29
Послать статью по эл. почте 