Quantum cryptography is the study of delivering secret communications across a quantum channel. Recently, Quantum Key Distribution (QKD) has been recognized as the most important breakthrough in quantum cryptography. This process facilitates two distant parties to share secure communications based on physical laws. The BB84 protocol was developed in 1984 and remains the most widely used among BB92, Ekert91, COW, and SARG04 protocols. However the practical security of QKD with imperfect devices have been widely discussed, and there are many ways to guarantee that generated key by QKD still provides unconditional security. This paper proposed a novel method that allows users to communicate while generating the secure keys as well as securing the transmission without any leakage of the data. In this approach sender will never reveal her basis, hence neither the receiver nor the intruder will get knowledge of the fundamental basis.Further to detect Eve, polynomial interpolation is also used as a key verification technique. In order to fully utilize the quantum computing capabilities provided by IBM quantum computers, the protocol is executed using the Qiskit backend for 45 qubits. This article discusses a plot of % error against alpha (strength of eavesdropping). As a result, different types of noise have been included, and the success probability of the desired key bits has been determined. Furthermore, the success probability under depolarizing noise is explained for different qubit counts.Last but not least, even when the applied noise is increased to maximum capacity, a 50% probability of successful key generation is still observed in an experiment.


翻译:量子密码学是研究通过量子信道传输机密通信的学科。近年来,量子密钥分发(QKD)被公认为量子密码学领域最重要的突破。该过程基于物理定律,使相距遥远的两方能够共享安全通信。BB84协议于1984年开发,至今仍是BB92、Ekert91、COW和SARG04等协议中应用最广泛的一种。然而,在实际非完美设备条件下QKD的安全性已受到广泛讨论,目前存在多种方法可确保QKD生成的密钥仍能提供无条件安全性。本文提出了一种新颖方法,允许用户在生成安全密钥的同时进行通信,并确保传输过程无数据泄露。在该方法中,发送方永不泄露其基矢,因此接收方和入侵者均无法获知基矢信息。此外,为检测窃听者Eve,本文采用多项式插值作为密钥验证技术。为充分利用IBM量子计算机提供的量子计算能力,该协议通过Qiskit后端在45量子比特上执行。本文讨论了误码率与窃听强度alpha的关系图。在此基础上,纳入了不同类型噪声,并确定了目标密钥比特的成功概率。最后,针对不同量子比特数,本文解释了退极化噪声下的成功概率。值得一提的是,即使将应用噪声提升至最大容量,实验中仍观察到50%的密钥生成成功概率。

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