Cryptographic key exchange protocols traditionally rely on computational conjectures such as the hardness of prime factorisation to provide security against eavesdropping attacks. Remarkably, quantum key distribution protocols like the one proposed by Bennett and Brassard provide information-theoretic security against such attacks, a much stronger form of security unreachable by classical means. However, quantum protocols realised so far are subject to a new class of attacks exploiting implementation defects in the physical devices involved, as demonstrated in numerous ingenious experiments. Following the pioneering work of Ekert proposing the use of entanglement to bound an adversary's information from Bell's theorem, we present here the experimental realisation of a complete quantum key distribution protocol immune to these vulnerabilities. We achieve this by combining theoretical developments on finite-statistics analysis, error correction, and privacy amplification, with an event-ready scheme enabling the rapid generation of high-fidelity entanglement between two trapped-ion qubits connected by an optical fibre link. The secrecy of our key is guaranteed device-independently: it is based on the validity of quantum theory, and certified by measurement statistics observed during the experiment. Our result shows that provably secure cryptography with real-world devices is possible, and paves the way for further quantum information applications based on the device-independence principle.


翻译:传统密码密钥交换协议依赖于计算复杂性假设(例如大数质因数分解的难度)来抵御窃听攻击。值得注意的是,由Bennett和Brassard提出的量子密钥分发协议为这类攻击提供了信息论安全性,这是一种经典方法无法达到的更强安全性形式。然而,目前已实现的量子协议面临一类新攻击,这些攻击利用了所涉及物理设备中的实现缺陷,正如众多精巧实验所展示的那样。基于Ekert的开拓性工作(他提出利用纠缠通过贝尔定理来限制对手信息),我们在此展示一种完整量子密钥分发协议的实验实现,该协议能够免疫这些漏洞。我们通过将有限统计分析、纠错和隐私放大的理论发展,与一种事件就绪方案相结合来实现这一目标,该方案能够通过光纤链路连接的两个囚禁离子量子比特之间快速生成高保真度纠缠。我们密钥的保密性得到了设备无关性保障:它基于量子理论的有效性,并由实验期间观测到的测量统计数据所认证。我们的结果表明,使用真实设备实现可证明安全的密码学是可能的,并为基于设备无关性原理的进一步量子信息应用铺平了道路。

0
下载
关闭预览

相关内容

《计算机信息》杂志发表高质量的论文,扩大了运筹学和计算的范围,寻求有关理论、方法、实验、系统和应用方面的原创研究论文、新颖的调查和教程论文,以及描述新的和有用的软件工具的论文。官网链接:https://pubsonline.informs.org/journal/ijoc
牛津大学最新《计算代数拓扑》笔记书,107页pdf
专知会员服务
44+阅读 · 2022年2月17日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
ExBert — 可视化分析Transformer学到的表示
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月16日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
1+阅读 · 今天11:43
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:18
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
5+阅读 · 今天5:54
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
6+阅读 · 今天3:42
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
6+阅读 · 6月24日
重新思考无人机时代的生存能力
专知会员服务
9+阅读 · 6月24日
装甲突击旅:现代战争思考、战斗与组织
专知会员服务
7+阅读 · 6月24日
在人工智能加速决策环境中拓展OODA循环
专知会员服务
9+阅读 · 6月24日
相关VIP内容
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员