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![arxiv：2107.03060v1 [Quant-ph] 7 Jul 2021](/simg/2\2ffb24d0335dc273e7c703b80728a678ec66b225.webp)
arxiv：2107.03060v1 [Quant-ph] 7 Jul 2021
量子传送[1，2]提供了一个平台，以共享纠缠成本传输未知的量子信息。它在各种量子信息处理任务中起着核心作用，例如宽带通信[3]，量子计算[4-6]和秘密密钥蒸馏[7]。进一步的发展提供了可扩展量子网络的可行性[8]，导致Quantunternet [9]。到目前为止，已经对基于光子系统的量子传送进行了实验证明并广泛分析了离散变量（DV）[10，11]和连续变量（CV）[12，13]系统。虽然DV系统的传送范围避免了成功的成功概率[14]，但CV状态的传送会产生非单一的填充，因为它需要有限的挤压，这意味着完美的电信的有限能量[2] [2]。为了避免上述困难，使用相干态量子比特[15-19]，辅助状态[20，21]，挤压操作[22，23]，多光顿Qubits [24]和混合Qubits [25，26]进行了各种尝试[15-19]。另一个想法是使用高斯资源来传达量表[27 - 29]。这种方法具有实用的优势，即高斯量子通道可以很容易地在实验室中产生，并且它们的特征相对简单[30，31]。另一方面，生成和分析非高斯通道的要求更高[32 - 35]。尽管较早地研究了对各种量子的传送，但通过简历通道对这些量子的比较性能的分析仍然是一个空旷的问题。在本文中，我们为此查询提供了部分答案。在这里，我们使用纠缠的高斯通道进行了严格研究不同类型的Qubit类型的传送。是特定的，我们专注于三种不同类型的Qubits：（a）双轨单光子量子量子[36]，（b）A型杂交量子的杂交量子，这是单光子状态与连贯状态和（c）类型B型的单光子状态和（c）的近距离状态之间的杂交量子
引用文献 Goncharov RK、Kiselev AD、Samsonov EO、Egorov VI 连续变量量子密钥分发：信任安全分析
量子密钥分发 (QKD) [1] 是在双方 Alice 和 Bob 之间生成安全密钥的一种特殊方法，该方法可确保量子计算机时代传输信息的隐私。从历史上看，最早提出的协议是离散变量 (DV) 协议 [2, 3]，其中信息以单个光子的状态进行编码：偏振、相位或时间箱。然而，随着时间的推移，连续变量 (CV) 协议 [4–6] 被引入，由于使用同差/异差检测系统代替单光子探测器，这些协议被认为更高效、速率更高且具有成本效益。考虑 QKD 系统的安全性时，必须考虑到它们中的每一个都具有并不理想的有限物理实现，这为窃听者 Eve 提供了进行多次攻击并提取部分密钥的机会。为了防止这种威胁，针对每个协议，正在开发一个复杂的系统来评估 Eve 可用的信息和可接受的错误水平。目前，已经提出了相当多的工作，涵盖 CV-QKD 协议的安全性主题 [7–14]。在最适合实际实施的协议中，GG02 协议 [6,15] 脱颖而出，考虑到有限密钥效应，该协议的安全性已证明可以抵御相干（一般）攻击。此外，还考虑了不受信任和受信任的硬件噪声模型 [12]。后者是可取的，因为许多安全级别意味着 Eve 无法访问 Alice 和 Bob 的块，而且，考虑到不受信任的噪声会使协议基本上无法使用。因此，本文将在具有受信任硬件噪声的实际实施中提供针对一般攻击的 CV-QKD 的完整安全性证明。在第 2 节中，我们描述了 CV-QKD 方案的光学配置；在第 3 至第 5 节中，我们给出了可信噪声场景中协议的描述，并考虑了超出一般安全证明框架的特定攻击的可能性。在第 6 节中，我们提供了一种评估和监控实验参数的技术；在第 7 节中，我们阐明了安全性分析并估计了有限长度安全密钥的生成率。在第 8 节中，我们讨论了结果并得出了适当的结论。
量子网络安全
我们既考虑离散变量系统，比如量子比特或其他具有有限维希尔伯特空间的量子系统，也考虑 CV 系统，比如用无限维希尔伯特空间描述的电磁场的玻色子模式。关于这两个一般领域有许多评论和书籍（例如，参见参考文献 [1, 2]）。下面重复了一些概念。通用的“准备和测量” QKD 协议可以分为两个主要步骤：量子通信和经典后处理。在量子通信期间，发送者（Alice）将随机经典变量 α 的实例编码为非正交量子态。这些状态通过量子信道（光纤、自由空间链路）发送，窃听者（Eve）试图窃取编码信息。量子力学的线性不允许进行完美的克隆 [3, 4]，因此 Eve 在扰乱量子信号时只能获取部分信息。在通信信道的输出端，接收者（Bob）测量传入信号并获得一个随机经典变量β。在多次使用该信道之后，Alice 和 Bob 共享由两个相关变量α和β描述的原始数据。远程方使用部分原始数据来估计信道的参数，例如其透射率和噪声。这个参数估计阶段非常重要，因为它可以评估从剩余数据中提取私人共享密钥的后处理量。根据这些信息，他们实际上执行了一个错误校正（EC）阶段，这使他们能够检测和消除错误，然后是隐私放大（PA）阶段，这使他们可以将 Eve 被盗的信息减少到可以忽略不计的数量。最终结果就是密钥。根据猜测的变量，我们可以进行直接或反向协调。在直接协调（DR）中，Bob 对其结果进行后处理以推断 Alice 的编码。这一过程通常借助于从爱丽丝到鲍勃的前向经典通信（CC）来实现。相反，在反向协调（RR）中，爱丽丝会对其编码变量进行后处理，以推断鲍勃的结果。这一过程通常借助于从鲍勃到爱丽丝的最后一轮反向通信来实现。当然，人们可以更普遍地考虑两种方式：
与连续变量的无统治加密
量子信息理论与密码学的婚姻已经引起了一系列规程，这些方案利用了独特的量子现象，最著名的是无关原则[1，2，3]，以实现在经典环境中无法实现的安全性。这样一个概念，即无法统一的加密，可以利用量子状态的不可分割性，以防止对手复制加密消息。术语“无统治加密（UE）”于2003年首次出现在Gottesman [4]的论文中。爱丽丝将经典消息加密到量子状态。引入了一个安全定义，基本上指出“如果鲍勃决定解密有效，那么夏娃，鉴于钥匙，只有关于宣传的信息可忽略不计。”安全定义是根据不同消息的加密之间的痕量距离提出的。在同一框架中，Leermakers和škorić通过钥匙回收设计了UE方案[5]。Broadbent和Lord [6]基于克隆游戏引入了修改的安全定义，并在随机的Oracle模型中构建了UE。在[7、8、9]中引入了几个UE方案，并在[10，11]中给出了UE的可行性和局限性结果。到目前为止，UE已在离散变量（DV）量子系统中专门研究。，在量子密钥分布（QKD）领域，连续变量（CV）量子系统已成为DV的有吸引力的替代品[12、13、14、14、15、15、16、17、18、19、20、21]。在本文中，我们提出了与连续可变状态一起使用的第一个不封合的加密方案。CV不需要昂贵的单光子探测器，并且可以使用低损失的电信波长（1310nm，1550nm）的优势，这使得可以利用数十年的连贯光学通信技术经验。超出QKD，实用的优势更普遍地用于其他量子信息处理应用程序，这引起了人们对将基于DV的加密思想转化为简历域的重大兴趣。我们在[6]的UE框架中提供了安全证明。事实证明，将UE从离散变为连续变量具有许多非平凡方面。在构造方面，需要调整方案的参数，以使得可以满足解密性和不荡情性。在验证技术方面，我们引入了许多“游戏啤酒花”，以将克隆游戏（在UE安全定义中具有特色的克隆游戏）连接到CV一夫一妻制的游戏中，最近证明了获胜概率上的上限[22]。此外，有必要稍微修改
相互作用标量量子场论中相变的量子计算
例如本文研究的量子相变，我们的格模型必须包含大量的位点 L ≫ 1，因此该张量积的因子数量也是 L 。量子计算机为解决这些大型 Fock 空间提供了一种令人鼓舞的方法，因为它们本质上是以量子力学的方式运行的。事实上，目前人们正在大力努力在量子硬件上模拟相对论量子场论。一类特别重要的问题是规范场论的模拟，因为它们在描述基本粒子物理学中起着至关重要的作用。这些理论包含玻色子自由度，因此必须解决相应的无限局部希尔伯特空间。在[1-5]中可以找到一些针对此类问题的理论算法建议，在[6-9]中进行了实际的硬件实现。不幸的是，我们目前可用的设备不仅受到量子比特数量的限制，更重要的是受到量子计算机固有的高噪声水平的限制。虽然利用量子纠错 (QEC) [ 10 – 12 ] 的容错量子计算机将来可能会被证明是可靠的，但目前还无法在近期的量子设备（称为噪声中尺度量子 (NISQ) 硬件）上实现 QEC。根据我们当前的现实，有必要找出能够让我们从现有技术中提取有用信息的技术。例如，可以应用不同形式的“错误缓解”技术来对抗噪声。这些技术目前正在研究中，已经设计出几种方法来解决量子计算机中一些最常见的重大错误源，包括读出（RO）误差[13-16]，也称为测量误差，以及由两量子比特门（如受控非（CNOT）门）引起的退相干[17-19]。更直接的解决方案是实现混合量子-经典算法，从而将量子方面降低到适当平衡其优缺点的水平。另一方面，我们将看到存在这样一种情况，其中哈密顿量的基态是可分解的，用于计算量子相变的经典和量子算法都受益于由此产生的简化。经典地，希尔伯特空间的张量积不再是问题，因为这个问题可以在本地解决。在量子方面，纠缠门的数量以及相关耦合的范围都大大减少。这使得量子电路实际上可以在当今的硬件上实现，即使对于较大的晶格尺寸 L 也是如此。在玻色子场论的情况下，还必须考虑无限局部希尔伯特。虽然我们在调用基于量子比特的架构时总是可以截断这个希尔伯特空间，该架构根据离散变量 (DV) 量子计算运行，用玻色子本身来模拟这些玻色子模式可能更自然。这是在连续变量 (CV) 量子计算中实现的。除了能够访问整个希尔伯特空间外，CV 量子计算机还可以利用更耐退相干的光学元件和状态，并可以使用现有技术有效操纵 [20]。与目前的量子比特设备（如超导芯片或离子阱量子计算机）不同，这种设备未来也可以在室温下通过实验实现 [21]。然而，通用量子计算所需的非高斯门的实现目前尚无定论。
非高斯量子关联及其应用
量子力学是当今我们见证的重大技术发展的核心。世界各地正在做出巨大努力，以充分发挥这些新技术的潜力。这些努力主要集中在量子计算和通信协议的实现上，在高精度计量方面，我们期待着而且已经取得了很大进展。由于其对退相干具有很强的稳定性，光的量子态为实现这些量子技术提供了一个强大的候选平台。此外，该平台具有良好的可扩展性，因为它可以在室温下操作，并且与现有的通信技术兼容。量子光学系统与任何玻色子系统一样，可以用两种互补的方式描述 [1]。一方面是离散变量方法，主要关注光子数量作为相关可观测量。这种方法具有广泛的适用性，因为它为量子信息提供了一种自然的编码，每个光子编码一个量子比特的状态。然而，这种编码极易受到光路中光子丢失的影响，这是光学设备中最常见的问题来源，并且还存在难以确定性地生成单光子的问题。另一方面，还有连续变量方法，其中相关的可观测量是电磁场模式的实部和虚部，称为场正交。这种方法可以确定性地生成多达一百万种模式的巨大纠缠态[ 2 ]，这为量子信息处理提供了独特的场所。连续变量框架允许在有限维相空间内描述无限维系统，该相空间是系统模式数量的两倍。这种描述是用准概率分布 [1] 来提供的，类似于统计集合的经典描述。在准概率分布家族中，值得注意的是维格纳函数。由于海森堡不确定性原理禁止同时测量振幅和相位正交，维格纳函数可以达到负值。尽管如此，它还是最接近经典的概率描述，因为它是状态的唯一相空间表示，它被归一化并边缘化为相应正交测量结果的概率密度。维格纳函数是区分高斯状态和非高斯状态的重要工具 [1]。根据定义，高斯状态是可以在相空间中用高斯维格纳函数描述的状态。这些状态可以用当前技术以确定性的方式生成和进一步操纵。特别是上面提到的大型多模纠缠态就属于这一家族。然而，最奇特的量子特征，如维格纳负性，是在非高斯态中发现的。我们正是需要这些奇特的特征，如维格纳函数中的负性[ 3 ]和非高斯纠缠[ 4 ]来实现无法用经典资源有效模拟的量子协议。在[ 4 ]中，我们证明了用经典设备模拟这种光学采样问题的复杂性在输入状态的非高斯性中呈指数增长，通过其恒星等级来衡量[ 5 ]。此外，我们提供了一种有效的算法来模拟可以通过移相器和分束器（被动线性光学）分离的状态的采样。换句话说，这个结果相当于说，为了得到一个难以用经典方法模拟的采样问题，状态应该在每个模式基础上表现出纠缠，因为否则
基于结果的循证实践
为社会工作者提供了跟踪客户进步的实用方法。独特的系列的一部分，该系列可帮助高级学生将核心能力应用于专业领域。本书显示了如何利用跟踪进度的反馈来帮助客户实现目标。它重点介绍社会工作者在各种环境中提供的直接服务，包括学校和医疗保健设施。文本使用现实世界的示例来展示概念并突出社会工作者遇到的客户的多样性。此信息对于心理学家，辅导员和治疗师等其他医疗保健专业人员也很有用。在本书结束时，读者应该能够：帮助客户根据进度跟踪做出明智的决定；分析和解释客户的进度；认识到系统进步跟踪对社会工作者的重要性；并确定影响数据质量的潜在问题。本文提供了《基于结果的证据实践》一书的概述，这是核心竞争力系列的一部分。本书提供了衡量和监控客户进度的实用方法，帮助社会工作者量身定制干预措施以实现预期的结果。关键特征包括案例示例，不同的现实世界上下文以及影响数据质量的测量问题的报道。Terri Combs-orme博士是田纳西大学社会工作学院的著名教授，得克萨斯大学阿灵顿大学和圣路易斯华盛顿大学的学术背景很强。她在顶级社会工作，公共卫生和医学期刊上发表了许多文章。在加入田纳西大学教职员工之前，她在包括路易斯安那州立大学，马里兰大学和约翰·霍普金斯大学等几个尊敬的机构任教。Combs-orme博士的教学专业知识涵盖了寿命的发展，并在各个程度上撰写了批判性文献评论。她的研究兴趣在于婴儿的脑发育和育儿，她是田纳西州孟菲斯城市儿童研究所的来访者。她的最新书籍与约翰·奥尔姆（John Orme）合着，“与离散变量的多元回归”提供了有关测量和监视客户进度的实用指导。这种综合资源是Advancunity Core Captions系列的一部分，该系列为学生提供技能，以在专业领域应用CSWE的核心竞争力。该书强调了为向客户提供直接服务的社会工作者，包括临床环境，学校，医疗保健设施和其他社会服务机构的服务的“基于结果的循证实践”。通过使用现实世界的案例示例，Combs-orme博士帮助读者发展基本技能，例如图形，分析和解释客户的进步，以及识别影响数据质量的测量问题。本文对于心理学，精神病学，咨询，护理，物理治疗，职业治疗和其他相关领域的专业人员特别有价值。完成本书后，读者应该能够应用其知识，以帮助客户通过测量和监视进度，相应地修改干预措施以及系统地定期跟踪结果来帮助客户做出明智的决策。结果知情的基于证据的实践提高了核心能力。未经结果的循证实践PDF免费。结果知情的基于证据的实践。是基于证据的实践。基于循证的循证实践PDF。什么是证据知情的实践。基于证据的结果。借用结果知情的基于证据的实践。
系列：7G 无线网络
前言：近年来，量子计算机的研究和实践成果给经典和广泛使用的加密方案（如 Rivest‐Shamir‐Adleman 算法和 ECC（椭圆曲线密码））带来了重大挫折。RSA 和 ECC 分别依赖于整数分解问题和离散对数问题，这些问题可以通过运行臭名昭著的 Shor 算法的足够大的量子计算机轻松解决。因此，需要评估在传统计算机和量子计算机中都难以解决的加密方案。本系列报告对后量子密码方案进行了详细的调查，并强调了它们在受限设备中提供安全性的适用性。全面介绍了可能取代 RSA 和 ECC 以在受限设备中提供安全性的方案。虽然后量子密码学是一种开发对因式分解和其他量子算法具有鲁棒性的新型经典密码系统的努力，这当然是一种选择，但这并不能完全解决问题。关键在于，可能存在未被发现的量子算法（或未被发现的经典算法），它们可能轻易破坏新密码系统的安全性。换句话说，后量子密码学很可能只能提供部分和暂时的解决方案。相比之下，本系列中讨论的量子密钥分发 (QKD) 提供了最终的解决方案：通过诉诸不可破解的自然原理（如不确定性原理或纠缠的一夫一妻制）来恢复安全性和保密性。尽管 QKD 为安全问题提供了最终的解决方案，但其理想的实现在实践中很难实现，并且有许多悬而未决的问题需要解决。一方面，完全独立于设备的 QKD 协议提供了最高级别的量子安全性，但它们的实现要求很高，并且密钥速率极低。另一方面，更实用的 QKD 协议假设对其设备有一定程度的信任，这一假设使它们能够实现合理的速率，但这也带来了危险的旁道攻击的可能性。除了安全性和速率之间的权衡之外，速率和距离之间也存在另一个重要权衡。如今，我们知道存在一个基本限制，限制了任何点对点 QKD 实现。给定一个传输率为 𝜂 的有损链路，双方分发的密钥容量不能超过信道的密钥容量，即 −𝑙𝑜𝑔 2 (1 −𝜂) ，即在长距离下每个信道使用 1.44𝜂 个秘密比特的 𝑎 缩放。基于连续变量系统和高斯状态的 QKD 协议的理想实现可能接近此容量，而基于离散变量的协议则因其他因素而低于此容量。为了克服这个限制并实现 QKD 的长距离高速率实现，我们需要开发量子中继器和量子网络。通过这种方式，我们可以实现更好的长距离扩展，并通过采用更复杂的路由策略进一步提高速率。量子中继器和安全 QKD 网络的研究是当今最热门的话题之一，本系列也对此进行了介绍。本系列旨在概述量子密码学领域最重要和最新的进展，包括理论和实验。在短期内，我们预计量子安全和 QKD 将与所谓的后量子安全解决方案竞争，因此，我们在本系列的单独报告中详细讨论了每种技术的优缺点。本报告涵盖了设计解决方案和量子物理。在将本书用于本科和研究生课程时，我们在每份报告中都加入了一些设计示例，以取代在章节/书末尾使用“问题和解决方案”附录的传统概念。这使得学生可以使用更复杂的作业进行团队合作。我们的学生对这种方法表现出了极大的热情。除大学之外，研究、工业和监管机构的专业人士也应该受益于该系列不同报告的全面报道。