1. Shannon-Kotel'nikov maps in the quantum distribution of keys with continuous variables
- Author
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NASCIMENTO, Edmar José do., ASSIS, Francisco Marcos de., SOUZA, Benemar Alencar de., BARBOSA, Daniel Felinto Pires., MORETTI, Danieverton., and PORTUGAL, Renato.
- Subjects
Engenharia Elétrica ,Non-linear Modulation ,Controle de Processos Eletrônicos, Retroalimentação ,Variáveis Contínuas - Distribuição Quântica ,Criptografia Quântica ,Quantum Cryptography ,Shannon- Kotel’nikov Maps ,Modulação não Linear ,Mapas de Shannon-Kotel’nikov ,Continuous Variable - Quantum Distribution - Abstract
Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-05-16T23:56:29Z No. of bitstreams: 1 EDMAR JOSÉ DO NASCIMENTO – TESE (PPGEE) 2017.pdf: 1146136 bytes, checksum: 66fa0c285fd895d4aa000dd5ad1d1eef (MD5) Made available in DSpace on 2018-05-16T23:56:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EDMAR JOSÉ DO NASCIMENTO – TESE (PPGEE) 2017.pdf: 1146136 bytes, checksum: 66fa0c285fd895d4aa000dd5ad1d1eef (MD5) Previous issue date: 2018-04-18 Protocolos para a distribuição quântica de chaves (DQC) permitem que duas partes (Alice e Bob) compartilhem uma chave secreta que pode ser usada para fins criptográficos. A segurança do protocolo é baseada em propriedades da mecânica quântica, ao invés de hipóteses computacionais. Na distribuição quântica de chaves com variáveis contínuas (DQCVC), a informação é codificada nas amplitudes de quadratura do campo eletromagnético quantizado. Quando implementado com variáveis contínuas, o aparato usado na DQC é consideravelmente mais simples que nas implementações convencionais com variáveis discretas, já que se pode utilizar a medição do tipo homódina, ao invés da detecção de fótons. Uma vez realizada a medida, ainda se faz necessária uma etapa de processamento clássico, denominada de reconciliação da informação, a fim de que Alice e Bob possam compartilhar uma cadeia comum de bits. Para que a DQCVC possa ser realizada em distâncias razoáveis (superiores a 30 km), o processo de reconciliação precisa ser feito com eficiências elevadas (superiores a 90%). Entretanto, eficiências dessa ordem para baixas SNRs (signal-to-noise ratio - razão sinal ruído) requerem o uso de códigos clássicos de comprimento bastante elevado e, assim, são difíceis de serem alcançadas. Nesta tese, se propõe o uso dos mapas de Shannon-Kotel’nikov na preparação dos estados quânticos que são usados na DQCVC. Com a utilização desses mapas, é possível aumentar a SNR entre Alice e Bob sem aumentar a variância da modulação de Alice. Dessa forma, o processo de reconciliação se torna mais simples, pois eficiências de reconciliação mais altas são mais facilmente alcançadas em SNRs maiores. Como contribuições desta tese têm-se: a proposição de um protocolo; a definição de um cenário de simulação e a análise do protocolo para dois tipos de mapas (a espiral uniforme de Arquimedes e as curvas geodésicas em um toro planar). Quantum key distribution (QKD) protocols allow two parties, Alice and Bob, to share a secret key that may be used for cryptographic purposes. The security of QKD is based on quantum mechanics properties instead of computational assumptions. In continuous-variable quantum key distribution (CVQKD), the information is encoded in the quadrature amplitudes of the quantized electromagnetic field. When QKD is implemented with continuous variables, hardware components are much simpler than their discrete variables equivalents. This is mainly due to homodyne detection instead of photon detection. After measuring the transmitted states, it is still necessary to carry out a classical processing stage known as information reconciliation. This stage allows Alice and Bob to share a common sequence of bits. In order to deploy CVQKD over reasonable distances (over 30 km), reconciliation must be done at high efficiencies (over 90%). However, such high efficiencies for low SNRs (signal-to-noise ratio) require long length classical codes and are difficult to be reached. In this thesis, we propose to use Shannon-Kotel’nikov maps for preparing quantum states in CVQKD. By using these maps, it is possible to increase the SNR between Alice and Bob, without increasing Alice’s variance. Thus, reconciliation becomes easier because higher reconciliation efficiencies are more easily reached for higher SNRs. The contributions of this theses are: the proposal of a CVQKD protocol; the statement of a simulation scenario; the analysis of the proposed protocol for two kinds of maps (uniform Archimedes’ spiral and geodesic curves on a flat torus).
- Published
- 2018