Most quantum communication networks around the world are used for a single task: quantum key distribution. In order to initiate the transition to multi-purpose quantum communication networks, we demonstrate the implementation of two different tasks on the same quantum key distribution hardware. Specifically, we focus on quantum oblivious transfer and quantum tokens. Our main contribution is to establish a methodology that greatly simplifies the expertise required to achieve the deployment, assess its performance, and evaluate its feasibility at a large scale. The implementation that we present is full-stack. It is based on a development framework that allows running user-defined applications both with simulated or real quantum communication backend. The hardware used for the implementation is VeriQloud's Qline. The simulation backend reproduces exactly the inputs and outputs of the real hardware, but also its losses and errors. It can therefore be used to validate the implementation before running it on the real hardware. The sources of the software that we use are fully open, making our research reproducible. The security of the implementations on real hardware are discussed with respect to security bounds previously known in the literature. We also discuss the engineering choices that we made in order to make the implementations feasible. By establishing a methodology to evaluate the performance and security of quantum communication protocols, we take a significant step towards industrializing and deploying large-scale, multi-purpose quantum communication networks.


翻译:目前全球大多数量子通信网络仅用于单一任务:量子密钥分发。为启动向多用途量子通信网络的过渡,我们在同一套量子密钥分发硬件上演示了两种不同任务的实现。具体而言,我们聚焦于量子不经意传输与量子令牌技术。本研究的主要贡献在于建立了一套方法论,可大幅降低部署所需专业知识门槛,并支持性能评估与大规模可行性分析。我们呈现的实现方案是全栈式的,基于一个允许通过模拟或真实量子通信后端运行用户自定义应用的开发框架。实现所使用的硬件为VeriQloud公司的Qline系统。模拟后端不仅能精确复现真实硬件的输入输出,还能模拟其损耗与误差特性,因此可在实际硬件运行前用于验证实现方案。本研究所用软件源码完全开源,确保研究可复现性。我们结合文献中已知的安全界限,讨论了真实硬件实现方案的安全性。同时阐述了为实现可行性所采取的工程决策。通过建立评估量子通信协议性能与安全性的方法论,我们为工业化部署大规模多用途量子通信网络迈出了重要一步。

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