معرفی یک نسخه حالت فریب از پروتکل چندبعدی قطبش- فاز و تشریح نحوه پیاده‌سازی و اجرای آن

یک مشکل همیشگی در پیاده سازی تجربی سامانه های توزیع کلید کوانتومی (qkd)، تولید تک فوتون است. روند متداولی که برای تولید تک فوتون‌ها به کار می‌رود، استفاده از پالس‌های لیزری تضعیف شده است. در این صورت، شمار فوتون ها از یک توزیع پواسونی پیروی می‌کند. این‌گونه پالس‌ها در برابر حمله‌ شناخته شده تقسیم تعداد فوتون (pns) به‌شدت آسیب پذیر هستند. پروتکل حالت های فریب به‌عنوان یک سلاح مهم و موثر برای مقابله با حمله pns پیشنهاد شده است. استفاده از حالت‌های کوانتومی چندبعدی یک راه‌حل دیگر برای بهبود عملکرد سامانه های ارتباط کوانتومی در حضور قطعات غیر ایده‌آل است. در حالت کلی فرایندهای مربوط به تولید، کنترل، انتقال و آشکارسازی حالت‌های کوانتومی چندبعدی پیچیده و پرهزینه است. پروتکل pop  یک پروتکل qkd چندبعدی بر مبنای قطبش و فاز تک فوتون‌ها است که برخلاف اغلب پروتکل های چندبعدی موجود، یک پروتکل ساده است و در آن از قطعات شناخته شده متداول (ازجمله چشمه های نوری و کانال های کوانتومی مرسوم) استفاده می‌شود.  ترکیب پروتکل‌های حالت فریب و pop  می تواند یک راهکار ساده و کارآمد برای کاهش محدودیت های ناشی از قطعات ناکامل و غیر ایده‌آل در سامانه‌های ارتباط کوانتومی باشد و پارامترهای اصلی در سنجش عملکرد سامانه‌های توزیع کلید کوانتومی (نرخ تولید کلید امن و مسافت انتقال امن) را به میزان قابل‌توجهی بهبود ببخشد. در این مقاله، نسخه حالت فریب پروتکل pop معرفی شده است. همچنین جزئیات مربوط به شماتیک پیاده‌سازی، نحوه اجرا و روش استخراج کلید امن این پروتکل تشریح شده است.

introducing a decoy-state version of the high-dimensional polarization-phase (pop) quantum key distribution protocol and explaining its implementation

single-photon generation is a constant problem in the experimental implementation of quantum key distribution (qkd) systems. using the attenuated laser pulses is a standard process for generating single photons. in this case, the number of photons follows a poisson distribution. such pulses are highly vulnerable to the photon number splitting (pns) attack. the decoy-state protocol is proposed as an important and effective weapon to deal with the pns attack. high-dimensional quantum states are another solution to improve the performance of quantum communication systems in the presence of non-ideal components. generally, the processes related to the production, control, transmission, and detection of high-dimensional quantum states are complex and expensive. the pop protocol is a high-dimensional qkd protocol based on the polarization and phase of single photons, which, unlike most existing high-dimensional protocols, is simple and contains well-known general components such as conventional optical sources and quantum channels. using decoy states in the pop protocol can be a simple and effective solution to reduce the limitations caused by the use of imperfect and non-ideal components in quantum communication systems. this idea significantly improves the main parameters related to the performance of qkd systems (i.e., secure key generation rate and secure transmission distance). in this paper, a decoy-state version of the pop protocol is introduced. also, the details related to the schematic of the implementation, the execution method, and the classical post-processing operations required to extract its secure key are explained. .