KR101924100B1 - Method and Device of performing Quantum Key Distribution (QKD) among plurality of devices - Google Patents

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KR101924100B1 KR1020170063655A KR20170063655A KR101924100B1 KR 101924100 B1 KR101924100 B1 KR 101924100B1 KR 1020170063655 A KR1020170063655 A KR 1020170063655A KR 20170063655 A KR20170063655 A KR 20170063655A KR 101924100 B1 KR101924100 B1 KR 101924100B1
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entangled
qubits
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신현동
사드 카사르
정영민
주나이드 유알리만
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경희대학교 산학협력단
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Abstract

According to the present invention, a method of performing quantum key distribution (QKD) among plurality of devices, which is performed by a first device as a transmitting device, comprises: a qubit transmitting step of transmitting, by the first device, a first qubit or a second qubit to a second device, wherein the transmitted first and second qubit are stored in quantum memory of the second device; a qubit location announcing step of announcing, by the first device, the location of a pair of qubits entangled with the second device; and a measurement discrepancy announce reception step of receiving an announce about measurement discrepancy from the second device when the same bell state measurement on the pair of entangled qubits is not obtained.

Description

복수의 기기들 간에 양자 키 분배를 수행하는 방법 및 기기{Method and Device of performing Quantum Key Distribution (QKD) among plurality of devices}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for quantum key distribution among a plurality of devices,

본 발명은 양자 키 분배를 수행하는 방법 및 기기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 도청자(eavesdropper)를 포함하는 복수의 기기들 간에 양자 키 분배를 수행하는 방법 및 기기에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for performing quantum key distribution. And more particularly, to a method and apparatus for performing quantum key distribution among a plurality of devices including an eavesdropper.

양자 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution)는 두 원격자들(remote parties)이 보안 키를 공유하는 것을 가능하게 한다. 대부분의 QKD 방식들은 둘 이상의 비-직교 기저들(non-orthogonal bases)로 준비된 양자 신호들을 공유하여 보안을 달성한다. 이들은 전형적으로 두 개의 기저들; 연산 기저, 및 하다마드(Hadamard) 기저를 갖는다. 연산 기저에서, 큐빗(qubit)은 수학식 1과 같은 아래의 둘 중의 하나의 상태를 갖는다. Quantum Key Distribution (QKD) enables two remote parties to share a secret key. Most QKD schemes achieve security by sharing quantum signals prepared with two or more non-orthogonal bases. These typically include two bases; An arithmetic basis, and a Hadamard basis. In the operation base, a qubit has one of the following two states as shown in Equation (1).

Figure 112017049242722-pat00001
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하다마드 기저는 위의 두 개의 상태들의 중첩(superposition)에 의해 형성되고, 아래의 수학식 2와 같은 형태를 갖는다.The Hadamard basis is formed by the superposition of the above two states and has the form shown in Equation 2 below.

Figure 112017049242722-pat00002
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하다마드 기저로 측정된 경우 연산 기저로 준비된 큐빗은 랜덤 결과들을 제공한다. 이는 중요한 불확실성 관계이고 연산 기저와 하다마드 기저가 교환(commute)되지 않음을 보여준다.If measured with a Hadamard basis, the qubits prepared by the arithmetic base provide random results. This is an important uncertainty relationship and shows that the computational basis and the Hadamard basis are not commutated.

얽힘(entanglement)은 양자 물리를 고전 물리와 구별하는 또다른 양자 메커니즘 현상이다. 보안 키를 공유하기 위한 얽힘에 종속적인 QKD의 프로토콜이 제안되었다. 얽힌 시스템은 전형적으로 하나 이상의 큐빗으로 구성되고, 시스템의 큐빗들 중 하나를 측정하여, 시스템의 다른 일부에 관한 일부 정보를 제공한다. 예를 들어, 수학식 3은 두 개의 큐빗들의 얽힌 시스템을 나타낸다.Entanglement is another quantum mechanical phenomenon that distinguishes quantum physics from classical physics. An entanglement-dependent QKD protocol for sharing the secret key has been proposed. An entangled system is typically comprised of one or more qubits and measures one of the system's qubits to provide some information about the other part of the system. For example, Equation 3 represents an entangled system of two cubits.

Figure 112017049242722-pat00003
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연산 기저의 상관은 상태로부터 명시적이고, 이러한 시스템의 주목할 만한 특징은 임의의 다른 기저로 측정되는 경우에도 상관성이 존재한다는 것이다.The correlation of the arithmetic base is explicit from the state, and a noteworthy feature of such a system is that there is correlation even when measured at any other basis.

이전에 제안된 QKD 프로토콜은 보안 및 실제 전송 모두에 불확실성 관계에 종속적이거나 또는 모든 공유된 큐빗들에 얽힘을 사용한다는 문제점이 있었다. 큐빗들 간의 상관을 통해 키를 생성하고 상관에서의 어떠한 교란(disturbance)은 도청이 존재한다는 것을 지시할 수 있다. 하지만, 보안 및 실제 전송 모두에 불확실성 관계에 종속적이거나 또는 모든 공유된 큐빗들에 얽힘을 사용한다는 문제점이 있으므로, 교란에 따른 도청 존재 여부를 판단하는 것이 어려울 수 있다는 문제점이 있다.The previously proposed QKD protocol has either a dependency on the uncertainty relationship for both security and actual transmission, or the use of entanglement in all shared qubits. The key is generated through correlation between the qubits and any disturbance in the correlation can indicate that eavesdropping is present. However, there is a problem in that both security and actual transmission are dependent on an uncertainty relationship or use entanglement in all shared qubits, so that it can be difficult to judge whether or not there is an eavesdropping due to a disturbance.

따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 복수의 기기들 간에 양자 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution)를 수행하는 것을 목표로 한다.Therefore, a problem to be solved by the present invention is to perform quantum key distribution (QKD) among a plurality of devices.

또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 복수의 기기들 간에 양자 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution)를 수행함에 따라 도청을 감지하는 것을 목표로 한다.In addition, a problem to be solved by the present invention is to detect eavesdropping by performing quantum key distribution (QKD) among a plurality of devices.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 복수의 기기들 간에 양자 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution)를 수행하는 방법에 있어서, 상기 방법은 송신 기기인 제1 기기에 의해 수행되고, 상기 제1 기기가 제2 기기로 제1 큐빗(qubit) 또는 제2 큐빗을 전송하는 큐빗 전송 과정 ― 상기 전송된 제1 및 제2 큐빗은 상기 제2 기기의 양자 메모리에 저장됨 ― ; 상기 제1 기기가 상기 제2 기기와 얽힌(entangled) 큐빗들의 쌍의 위치를 어나운스(announce)하는 큐빗 위치 어나운스 과정; 및 상기 얽힌 큐빗들의 쌍에 대하여 동일한 벨 상태 측정(Bell state measurement)이 획득되지 않으면, 상기 제2 기기로부터 불일치(discrpancy)에 대한 어나운스를 수신하는 측정 불일치 어나운스 수신 과정을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of quantum key distribution (QKD) between a plurality of devices, the method comprising: A first qubit transmitting a first qubit or a second qubit to a second device, wherein the transmitted first and second qubits are stored in the quantum memory of the second device; The first device announces the position of a pair of qubits entangled with the second device; And receiving a discontinuity announcement from the second device if the same Bell state measurement is not obtained for the pair of interlaced qubits.

일 실시 예에서, 상기 제1 기기는 확률 p로 상기 제1 큐빗을 전송하고, 확률 1-p로 상기 제2 큐빗을 전송하고, 상기 제1 큐빗은 랜덤 보안 비트를 이용하는 연산 기저로 준비된 개별 큐빗일 수 있다. 이때, 상기 제2 큐빗은 얽힌 2-큐빗 시스템의 절반 부분에 해당하는 얽힌 큐빗이고, 나머지 절반 부분은 상기 제2 큐빗 이전에 전송되거나 또는 랜덤 숫자의 개별 큐빗들 이후에 전송될 수 있다.In one embodiment, the first device transmits the first qubit at a probability p and transmits the second qubit at a probability of 1-p, and the first qubit is an individual qubit Lt; / RTI > At this time, the second qubit may be an entangled qubit, which corresponds to a half of the entangled 2-qubit system, and the other half may be transmitted before the second qubit or after a random number of individual qubits.

일 실시 예에서, 상기 큐빗 전송 과정 이후에, 상기 제1 및 제2 기기 간에 특정 개수의 개별 큐빗들이 공유되고, 전송 이전에 펜딩 중인(pending) 얽힌 큐빗이 없는지를 확인하는 큐빗 상태 확인 과정을 더 포함할 수 있다.In one embodiment, after the qubit transmission process, a qubit status check process is performed to confirm that a certain number of individual qubits are shared between the first and second devices and that there is no entangled qubit before pending transmission .

일 실시 예에서, 상기 특정 개수의 개별 큐빗들이 공유되고, 전송 이전에 펜딩 중인(pending) 얽힌(entangled) 큐빗이 없을 때까지 상기 큐빗 전송 과정을 반복하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the qubit transmission process is repeated until the specific number of individual qubits are shared and there is no entangled qubit pending prior to transmission.

일 실시 예에서, 상기 측정 불일치 어나운스 과정 이후에, 공중 채널에서 도청하려는 제3 기기로부터의 큐빗 스와핑의 가능성을 제거하기 위해 보안 키의 서브셋을 상기 제2 기기와 비교하는 보안 키 비교 과정을 더 포함할 수 있다.In one embodiment, a security key comparison process is performed to compare a subset of security keys with the second device to remove the possibility of a qubit swap from a third device attempting to eavesdrop on the air channel after the measurement discrepancy announcement process .

본 발명의 다른 양상에 따른, 복수의 기기들 간에 양자 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution)를 수행하는 방법에 있어서, 상기 방법은 수신 기기인 제2 기기에 의해 수행되고, 상기 제2기기가 제1 기기로부터 제1 큐빗(qubit) 또는 제2 큐빗을 수신하는 큐빗 수신 과정 ― 상기 수신된 제1 및 제2 큐빗은 상기 제2 기기의 양자 메모리에 저장됨 ― ; 상기 제1 기기와 얽힌(entangled) 큐빗들의 쌍의 위치에 대한 어나운스(announce)를 상기 제1 기기로부터 수신하는 큐빗 위치 어나운스 수신 과정; 및 상기 얽힌 큐빗들의 쌍에 대하여 동일한 벨 상태 측정(Bell state measurement)이 획득되지 않으면, 상기 제1 기기로 불일치(discrpancy)를 어나운스하는 측정 불일치 어나운스 과정을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of performing quantum key distribution (QKD) between a plurality of devices, the method being performed by a second device that is a receiving device, A qubit receiving process for receiving a first qubit or a second qubit from the first device, wherein the received first and second qubits are stored in the quantum memory of the second device; A qubit location announcement reception step of receiving an announcement of a position of a pair of quadbits entangled with the first device from the first device; And a measurement inconsistency announcement process that notifies the first device of discrpancy if the same Bell state measurement is not obtained for the pair of entangled qubits.

일 실시 예에서, 상기 제1 큐빗은 확률 p로 상기 제1 기기로부터 전송되고, 상기 제2 큐빗은 확률 1-p로 상기 제1 기기로부터 전송되고, 상기 제1 큐빗은 랜덤 보안 비트를 이용하는 연산 기저로 준비된 개별 큐빗일 수 있다. 이때, 상기 제2 큐빗은 얽힌 2-큐빗 시스템의 절반 부분에 해당하는 얽힌 큐빗이고, 나머지 절반 부분은 상기 제2 큐빗 이전에 전송되거나 또는 랜덤 숫자의 개별 큐빗들 이후에 전송될 수 있다.In one embodiment, the first qubit is transmitted from the first device with a probability p, the second qubit is transmitted from the first device with a probability of 1-p, and the first qubit is computed using a random secure bit It may be a separate cubicle prepared at the base. At this time, the second qubit may be an entangled qubit, which corresponds to a half of the entangled 2-qubit system, and the other half may be transmitted before the second qubit or after a random number of individual qubits.

일 실시 예에서, 상기 큐빗 수신 과정 이후에, 상기 제1 및 제2 기기 간에 특정 개수의 개별 큐빗들이 공유되고, 상기 제1 기기에 펜딩 중인(pending) 얽힌 큐빗이 없을 때까지 상기 큐빗 수신 과정을 반복할 수 있다.In one embodiment, after the qubit receiving process, a certain number of individual qubits are shared between the first and second devices, and the qubit receiving process is repeated until there is no entangled qubit pending in the first device It can be repeated.

일 실시 예에서, 상기 측정 불일치 어나운스 과정은, 상기 개별 큐빗들에 해당하는 상기 제1 큐빗에 대한 연산 기반으로 개별 측정을 수행하고, 상기 수행된 개별 측정에 기반하여 상기 벨 상태 측정에 대한 불일치 여부가 판단될 수 있다.In one embodiment, the measurement discrepancy announcement procedure may include performing an individual measurement on an operation basis for the first qubit corresponding to the individual qubits, A discrepancy can be judged.

일 실시 예에서, 상기 측정 불일치 어나운스 과정 이후에, 공중 채널에서 도청하려는 제3 기기로부터의 큐빗 스와핑의 가능성을 제거하기 위해 보안 키의 서브셋을 상기 제1 기기와 비교하는 보안 키 비교 과정을 더 포함할 수 있다.In one embodiment, a security key comparison process is performed to compare a subset of security keys with the first device to remove the possibility of a qubit swap from a third device attempting to eavesdrop on the air channel after the measurement discrepancy announcement process .

일 실시 예에서, 상기 큐빗 수신 과정에서, 상기 저장된 제1 및 제2 큐빗은 상기 제3 기기에 의해 캡쳐되고, 연산 기저로 측정되고, 상기 측정된 결과에 따라 다시 큐빗으로 준비되어 상기 제3 기기에서 상기 제2 기기로 다시 전송된 큐빗일 수 있다. In one embodiment, in the step of receiving the qubit, the stored first and second qubits are captured by the third device, measured by an operation base, and prepared again by a qubit according to the measured result, Lt; / RTI > transmitted back to the second device.

일 실시 예에서, 상기 큐빗 수신 과정에서, 상기 저장된 제1 및 제2 큐빗은 상기 제3 기기에 의해 캡쳐되고, 연산 기저로 측정되고, 상기 측정된 결과에 따라 다시 큐빗으로 준비되어 상기 제3 기기에서 상기 제2 기기로 다시 전송된 큐빗일 수 있다. In one embodiment, in the step of receiving the qubit, the stored first and second qubits are captured by the third device, measured by an operation base, and prepared again by a qubit according to the measured result, Lt; / RTI > transmitted back to the second device.

일 실시 예에서, 상기 제3 기기는 상태 |0>E에서 자신의 큐빗을 준비하고, 제어 큐빗으로서 통과하는 큐빗과 타겟으로서 자신의 큐빗을 이용하여 CNOT 동작을 수행할 수 있다.In one embodiment, the third device may prepare its own qubit at state < RTI ID = 0.0 > 0 > E < / RTI > and perform a CNOT operation using the qubit that passes as the control qubit and its qubit as the target.

본 발명의 또 다른 양상에 따른, 복수의 기기들 간에 양자 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution)를 수행하는 제1 기기는, 제2 기기로 제1 큐빗(qubit) 또는 제2 큐빗을 전송하는 양자 송수신부 ― 상기 전송된 제1 및 제2 큐빗은 상기 제2 기기의 양자 메모리에 저장됨 ― ; 및 상기 제2 기기와 얽힌(entangled) 큐빗들의 쌍의 위치를 어나운스(announce)하고, 상기 얽힌 큐빗들의 쌍에 대하여 동일한 벨 상태 측정(Bell state measurement)이 획득되지 않으면, 상기 제2 기기로부터 불일치(discrpancy)에 대한 어나운스를 수신하도록 상기 양자 송수신부를 제어하고, 공중 채널에서 도청하려는 제3 기기로부터의 큐빗 스와핑의 가능성을 제거하기 위해 보안 키의 서브셋을 상기 제2 기기와 비교하는 제어부를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a first device that performs quantum key distribution (QKD) among a plurality of devices is a device that transmits a first qubit or a second qubit to a second device, Transmitting and receiving unit, wherein the transmitted first and second qubits are stored in the quantum memory of the second device; And announcing a position of a pair of quadbits entangled with the second device and if the same Bell state measurement is not obtained for the pair of entangled qubits, A control unit for controlling the quantum transceiver to receive an announcement for discrpancy and for comparing a subset of security keys with the second device to remove the possibility of a qubit swap from a third device to be eavesdropped in a public channel, . ≪ / RTI >

일 실시예에서, 상기 제1 기기는 확률 p로 상기 제1 큐빗을 전송하고, 확률 1-p로 상기 제2 큐빗을 전송하고, 상기 제1 큐빗은 랜덤 보안 비트를 이용하는 연산 기저로 준비된 개별 큐빗일 수 있다.In one embodiment, the first device transmits the first qubit at a probability p and transmits the second qubit at a probability of 1-p, and the first qubit is an individual qubit Lt; / RTI >

일 실시예에서, 상기 제2 큐빗은 얽힌 2-큐빗 시스템의 절반 부분에 해당하는 얽힌 큐빗이고, 나머지 절반 부분은 상기 제2 큐빗 이전에 전송되거나 또는 랜덤 숫자의 개별 큐빗들 이후에 전송될 수 있다.In one embodiment, the second qubit is an entangled qubit, which corresponds to a half of the entangled 2-qubit system, and the other half may be transmitted before the second qubit or after a random number of individual qubits .

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 제1 및 제2 기기 간에 특정 개수의 개별 큐빗들이 공유되고, 전송 이전에 펜딩 중인(pending) 얽힌 큐빗이 없는지를 확인하고, 상기 특정 개수의 개별 큐빗들이 공유되고, 전송 이전에 펜딩 중인(pending) 얽힌(entangled) 큐빗이 없을 때까지 상기 양자 송수신부가 상기 제1 및 제2 큐빗을 전송하는 것을 반복하도록 제어할 수 있다.In one embodiment, the control unit determines whether a certain number of individual qubits are shared between the first and second devices, that there is no entangled qubit pending prior to transmission, and if the specific number of individual qubits are shared And controls the quantum transceiver to repeatedly transmit the first and second qubits until there is no entangled qubit that is pending before transmission.

본 발명의 또 다른 양상에 따른 복수의 기기들 간에 양자 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution)를 수행하는 제2 기기는 상기 제2기기가 제1 기기로부터 제1 큐빗(qubit) 또는 제2 큐빗을 수신하는 는 양자 송수신부; 상기 수신된 제1 및 제2 큐빗을 저장하는 양자 메모리; 및 상기 제1 기기와 얽힌(entangled) 큐빗들의 쌍의 위치에 대한 어나운스(announce)를 상기 제1 기기로부터 수신하고, 상기 얽힌 큐빗들의 쌍에 대하여 동일한 벨 상태 측정(Bell state measurement)이 획득되지 않으면, 상기 제1 기기로 불일치(discrpancy)를 어나운스하도록 상기 양자 송수신부를 제어하고, 공중 채널에서 도청하려는 제3 기기로부터의 큐빗 스와핑의 가능성을 제거하기 위해 보안 키의 서브셋을 상기 제2 기기와 비교하는 제어부를 포함한다. A second device for performing quantum key distribution (QKD) among a plurality of devices according to another aspect of the present invention may be configured such that the second device transmits a first qubit or a second qubit Receiving a quantum transceiver; A quantum memory for storing the received first and second qubits; And receiving an announcement of the position of a pair of quadbits entangled with the first device from the first device and determining that the same Bell state measurement is obtained for the pair of entangled qubits, A subsystem for controlling the quantum transceiver to announce discrangement to the first device and to remove a possibility of qubit swapping from a third device to be eavesdropped in a public channel, And a control unit for comparing with the device.

일 실시 예에서, 상기 제1 큐빗은 확률 p로 상기 제1 기기로부터 전송되고, 상기 제2 큐빗은 확률 1-p로 상기 제1 기기로부터 전송되고, 상기 제1 큐빗은 랜덤 보안 비트를 이용하는 연산 기저로 준비된 개별 큐빗일 수 있다. 이때, 상기 제2 큐빗은 얽힌 2-큐빗 시스템의 절반 부분에 해당하는 얽힌 큐빗이고, 나머지 절반 부분은 상기 제2 큐빗 이전에 전송되거나 또는 랜덤 숫자의 개별 큐빗들 이후에 전송될 수 있다.In one embodiment, the first qubit is transmitted from the first device with a probability p, the second qubit is transmitted from the first device with a probability of 1-p, and the first qubit is computed using a random secure bit It may be a separate cubicle prepared at the base. At this time, the second qubit may be an entangled qubit, which corresponds to a half of the entangled 2-qubit system, and the other half may be transmitted before the second qubit or after a random number of individual qubits.

일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 제1 및 제2 기기 간에 특정 개수의 개별 큐빗들이 공유되고, 상기 제1 기기에 펜딩 중인(pending) 얽힌 큐빗이 없을 때까지 상기 양자 송수신부가 상기 제1 및 제2 큐빗을 전송하는 것을 반복하도록 제어할 수 있다. 이때, 상기 개별 큐빗들에 해당하는 상기 제1 큐빗에 대한 연산 기반으로 개별 측정을 수행하고, 상기 수행된 개별 측정에 기반하여 상기 벨 상태 측정에 대한 불일치 여부를 판단할 수 있다.In one embodiment, the control unit controls the quantum transceiver to transmit the first and second quantized data to the first and second devices until a certain number of individual qubits are shared between the first and second devices, and there is no entangled qubit pending in the first device. It is possible to control to repeatedly transmit the second qubit. At this time, individual measurements may be performed based on the calculation of the first qubit corresponding to the individual qubits, and it may be determined whether the bell state measurement is inconsistent based on the individual measurements performed.

본 발명에 따른 방법은, 양자 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution)를 수행함에 따라, 하나의 기저만을 이용하는 고유한 QKD 프로토콜을 이용할 수 있다는 장점이 있다.The method according to the present invention has an advantage that a unique QKD protocol using only one base can be used by performing quantum key distribution (QKD).

또한, 본 발명에 따른 방법은, 양자 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution)를 수행함에 따라, 얽힘과 벨 상태 측정에 의해 보안을 달성할 수 있다는 장점이 있다.In addition, the method according to the present invention has the advantage of achieving security by measuring entanglement and bell state by performing quantum key distribution (QKD).

도 1은 본 발명에 따른 복수의 기기들 간에 양자 키 분배를 수행하는 양자 통신 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 송신 또는 수신 기기에 해당하는 제1 및 제2 기기의 상세 구성을 나타낸다.
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 제1 기기와 제2 기기에서 각각 양자 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution)를 수행하는 방법의 흐름도를 도시한다.
1 illustrates a quantum communication system for performing quantum key distribution among a plurality of devices in accordance with the present invention.
2 shows a detailed configuration of first and second devices corresponding to a transmitting or receiving device according to the present invention.
FIGS. 3A and 3B show a flow chart of a method of performing quantum key distribution (QKD) in a first device and a second device, respectively, according to the present invention.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It will be possible. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.

제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term " and / or " includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Should not.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈", "블록" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. The suffix " module ", " block ", and " part " for components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification only and do not have their own distinct meanings or roles .

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

이하, 본 발명에 따른 복수의 기기들 간에 양자 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution)를 수행하는 방법 및 장치에 대해 살펴보기로 하자. 본 발명에서는 큐빗들의 교환을 위하여 하나의 기저만을 사용하는 프로토콜을 제안한다. 도청자(eavesdropper)의 존재는 얽힘(entanglement)을 이용하여 검출된다. 제안된 방식은 후술하는 바와 같이 인터셉트-재전송 공격과 controlled-NOT (CNOT) 게이트 공격에 대하여 제안된 것이다.Hereinafter, a method and apparatus for performing quantum key distribution (QKD) among a plurality of devices according to the present invention will be described. The present invention proposes a protocol using only one basis for exchanging qubits. The presence of an eavesdropper is detected using entanglement. The proposed scheme is proposed for intercept-retransmission attacks and controlled-NOT (CNOT) gate attacks as described below.

도 1은 본 발명에 따른 복수의 기기들 간에 양자 키 분배를 수행하는 양자 통신 시스템을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 양자 시스템은 양자 통신을 수행하는 합법적인(legitimate) 기기로서 제1 기기(100) 및 제2 기기(200)와, 도청자로서 동작하는 제3 기기(300)를 포함한다. 1 illustrates a quantum communication system for performing quantum key distribution among a plurality of devices in accordance with the present invention. As shown in FIG. 1, the quantum system includes a first device 100 and a second device 200 as a legitimate device for performing quantum communication, and a third device 300 acting as an eavesdropper .

예를 들어, 제1 기기(100)와 제2 기기(200)는 사용자인 Alice와 Bob이 사용할 수 있다. 또한, 제3 기기(300)는 도청자인 Eve가 사용할 수 있다. 또한, Alice는 송신자로서 양자 메시지 및 일반(classical) 메시지를 수신자인 Bob에게 전송할 수 있다. 양자 채널은 부분적으로 보안 채널이고 메시지의 방해(tampering) 및 스와핑(swapping)에 취약하고, 기존 채널은 공중 채널이고 기존 채널을 통한 모든 통신은 도청자인 Eve가 이용 가능하다. 제1 및 제2 기기(200)와 같이 합법적인 대상들이 목표로 하는 것은 프로토콜의 종료시에 보안 키를 공유하는 것이다. 반면에, 제3 기기(300)를 이용하는 Eve는 도청자이고 목표는 가능한 보안 키의 많은 비트들을 훔치는 것이다.For example, the first device 100 and the second device 200 can be used by users Alice and Bob. Also, the third device 300 can be used by the eavesdropper Eve. Alice can also send a quantum message and a classical message to Bob, the recipient, as the sender. A quantum channel is partially a secure channel and is vulnerable to tampering and swapping of messages. The existing channel is a public channel and all communication over the existing channel is available to the eavesdropper Eve. What legitimate objects, such as the first and second devices 200, are aiming to share a security key at the end of the protocol. On the other hand, Eve using the third device 300 is an eavesdropper and the goal is to steal many bits of possible security keys.

다음으로, 제안된 프로토콜의 보안에 대해 자세히 살펴보기로 하자. 먼저, 인터셉트-재전송(IR: Intercept-resend) 공격에서, 제3 기기(300)는 통과하는(passing) 큐빗을 캡쳐하고, 연산 기저로 이를 측정하고, 획득된 결과에 따라 다시 큐빗을 준비하고, 이를 다시 제2 기기(200)로 전송한다. 제3 기기(300)는 통과하는 큐빗이 개별 큐빗일 때마다 정확한 값을 획득할 것이다. 얽힌 큐빗의 경우에, 제3 기기(300)는 교란을 유발할 것이고, 얽힌 상태는 아래의 수학식 4에 대응한다.Next, let's take a closer look at the security of the proposed protocol. First, in an intercept-resend (IR) attack, the third device 300 captures a passing qubit, measures it with the operation base, prepares the qubit again according to the obtained result, And transmits it to the second device 200 again. The third device 300 will obtain an accurate value each time the passing qubit is a separate qubit. In the case of an entangled qubit, the third device 300 will cause disturbance, and the entangled state corresponds to Equation 4 below.

Figure 112017049242722-pat00004
Figure 112017049242722-pat00004

여기서, 아래첨자는 얽힌 시스템의 첫 번째 또는 두 번째 절반을 나타낸다. 이러한 완전한 양분 상태(bipartite state)의 밀도 연산자는 아래의 수학식 5에 대응한다.Where the subscripts represent the first or second half of the entangled system. The density operator of this perfect bipartite state corresponds to Equation 5 below.

Figure 112017049242722-pat00005
Figure 112017049242722-pat00005

IR 공격의 경우에, 제3 기기(300)는 얽힌 시스템의 절반에 대한 측정을 수행한다. 이러한 얽힌 시스템의 임의의 절반에 대한 국부 상태는 아래의 수학식 6과 같이 작성된다.In the case of an IR attack, the third device 300 performs measurements on half of the entangled system. The local state for any half of this tangled system is written as < EMI ID = 6.0 >

Figure 112017049242722-pat00006
Figure 112017049242722-pat00006

이는 최대로 혼합된 단일 큐빗 상태에 대응한다. 따라서, 얽힌 시스템의 절반을 측정 시에, 제3 기기(300)는 최대로 혼합된 상태에서 단일 큐빗을 측정한다. 제3 기기(300)의 측정 결과는 완전히 랜덤하고 제3 기기(300)는 얽힘을 중단(break)시킨다. 제2 기기(200)가 이러한 두 개의 큐빗들에 대한 벨 상태 측정을 수행하는 경우에, 제2 기기(200)는 측정 결과로서 임의의 벨 상태들을 획득할 수 있으므로 라인 상의 도청을 알릴 수 있다. This corresponds to a maximally mixed single qubit state. Therefore, in measuring half of the entangled system, the third device 300 measures a single qubit in the maximally mixed state. The measurement result of the third device 300 is completely random and the third device 300 breaks the entanglement. When the second device 200 performs a bell state measurement on these two qubits, the second device 200 can acquire any bell states as a measurement result, thus informing the on-line tapping.

다음으로, controlled-NOT (CNOT) 공격에 대해 자세히 살펴보기로 하자. controlled-NOT (CNOT) 게이트는 아래의 수학식 7에 의해 정의된다.Next, let's take a closer look at the controlled-NOT (CNOT) attack. The controlled-NOT (CNOT) gate is defined by Equation (7) below.

Figure 112017049242722-pat00007
Figure 112017049242722-pat00007

여기서, a는 제어 큐빗이고, b는 타킷 규빗이다. 아랫첨자의 방향은 명백하게 전술된 바와 같다. CNOT 공격은 아래의 수학식 8과 같이 주어지고, 이에 따라 얽힘 공격으로 또한 지칭될 수 있다.Where a is the control qubit and b is the target cubic. The orientation of the subscripts is clearly as described above. The CNOT attack is given by Equation 8 below, and can thus also be referred to as entanglement attack.

Figure 112017049242722-pat00008
Figure 112017049242722-pat00008

상기 표현에서, CNOT 게이트의 적용의 결과로서, 우측의 큐빗 쌍이 얽혀진다. 이러한 공격을 수행하는 동안, 제3 기기(300)는 상태 |0>E에서 자신의 큐빗을 준비하고, 제어 큐빗으로서 통과하는 큐빗과 타겟으로서 자신의 큐빗을 이용하여 CNOT 동작을 수행한다. 통과하는 큐빗이 얽히지 않은 경우, 이러한 동작은 수학식 7과 등가이다. 큐빗이 얽힌 시스템의 일부를 통과하는 경우에, 이러한 동작은 아래의 수학식 9와 같이 표현된다.In this representation, as a result of the application of the CNOT gate, the right qubit pair is entangled. During this attack, the third device 300 prepares its own qubit in state 0 > E , and performs a CNOT operation using the qubit that passes as the control qubit and its qubit as the target. If the passing qubit is not entangled, this operation is equivalent to Equation (7). In the case where the qubit traverses a part of the entangled system, this operation is expressed as Equation (9) below.

Figure 112017049242722-pat00009
Figure 112017049242722-pat00009

유사하게, 두 번째 통과하는 큐빗에 대한 CNOT 공격은 아래의 수학식 10과 같은 상태를 제공한다.Similarly, a CNOT attack on a second passing qubit provides a state as shown in Equation 10 below.

Figure 112017049242722-pat00010
Figure 112017049242722-pat00010

이러한 상태는 첫번째 두 개의 큐빗들은 제2 기기(200)에 의해 보유되고, 두번째 큐빗들은 제3 기기(300)에 의해 보유되는 전역(global) 상태이다. 제3 기기(300)의 큐빗들을 추적하여, 아래의 수학식 11과 같은 제2 기기(200)의 상태가 획득된다.This state is the global state in which the first two cubes are held by the second device 200 and the second cubes are held by the third device 300. The state of the second device 200 is obtained by following the cubes of the third device 300, as shown in Equation (11) below.

Figure 112017049242722-pat00011
Figure 112017049242722-pat00011

수학식 11의 상태로부터, 제2 기기(200)에 의해 보유된 두 개의 큐빗 상태가 얽힌 상태가 아니고, 대신에 상태들 |00>12, 및 |11>12의 혼합이라는 것을 쉽게 확인할 수 있다. 이는 하다마드 기저로 두 개의 큐빗들에 대한 국부적인 측정 또는 집합적(collective) 벨 상태 측정을 수행하여 얽힌 상태에서 용이하게 구별될 수 있다. 하다마드 기저로 개별 측정의 경우에, 두 개의 큐빗들이 동일한 상태가 될 확률은 1/2이다. 유사하게, 벨 상태 측정 결과들은 동일한 확률로 |φ + > 또는 |φ ->를 초래하였다. 모든 경우에서 도청자에 해당하는 제3 기기(300)의 존재가 밝혀졌고 이러한 제3 기기(300)의 존재가 합법적인 대상들에게 알려졌다.From the state of Equation 11, it can be easily seen that the two qubit states held by the second device 200 are not entangled, but instead are a mixture of states | 00> 12 and | 11> 12 . This can be easily distinguished in an entangled state by performing a local measurement or a collective bell state measurement on two cubits with a Hadamard basis. In the case of individual measurements with a Hadamard basis, the probability that two cubits will be in the same state is one-half. Similarly, the bell state measurement results are the same probability | φ + > or | φ - >. In all cases, the existence of the third device 300 corresponding to the eavesdropper has been discovered, and the existence of such a third device 300 has been known to legitimate objects.

이상에서는 본 발명에 따른 복수의 기기들 간에 양자 키 분배를 수행하는 양자 통신 시스템과 이에 따른 프로토콜 및 서로 다른 공격에 대한 보안 프로토콜에 대해 살펴보았다. 다음에서는 본 발명에 따른 복수의 기기들 간에 양자 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution)를 수행하는 방법의 흐름도와 장치 구성도에 대해 살펴보기로 하자.In the foregoing, a quantum communication system for performing quantum key distribution among a plurality of devices according to the present invention, a protocol for the quantum communication system, and security protocols for different attacks have been described. Hereinafter, a flow chart and a device configuration diagram of a method of performing quantum key distribution (QKD) between a plurality of devices according to the present invention will be described.

먼저, 복수의 기기들 간에 양자 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution)를 수행하는 장치 구성도에 대해 살펴보면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 2는 본 발명에 따른 송신 또는 수신 기기에 해당하는 제1 및 제2 기기의 상세 구성을 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 기기(100)는 송신 기기이고 제2 기기(200)는 수신 기기일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 그 반대도 가능하다. 제1 기기(100)는 제어부(110), 양자 송수신부(120) 및 메모리(130)를 포함한다. 또한, 송신 기기는 레이저 소스(140)를 더 포함할 수 있다. 한편, 제2 기기(200)는 제어부(210), 양자 송수신부(220) 및 메모리(230)를 포함한다. 여기서, 메모리(130, 230)는 일반 메모리이거나 또는 양자 메모리일 수 있다. First, a configuration diagram of a quantum key distribution (QKD) between a plurality of devices will be described. In this regard, FIG. 2 shows a detailed configuration of first and second devices corresponding to a transmitting or receiving device according to the present invention. As shown in FIG. 2, the first device 100 may be a transmitting device and the second device 200 may be a receiving device, but the present invention is not limited thereto, and vice versa. The first device 100 includes a control unit 110, a quantum transceiver unit 120, and a memory 130. In addition, the transmitting device may further include a laser source 140. Meanwhile, the second device 200 includes a control unit 210, a quantum transceiver unit 220, and a memory 230. Here, the memories 130 and 230 may be general memory or quantum memory.

먼저, 송신 기기에 해당하는 제1 기기(100)의 각각의 구성요소에서 수행되는 양자 키 분배(QKD)에 대해 살펴보기로 하자.First, let's consider a quantum key distribution (QKD) performed by each component of the first device 100 corresponding to a transmitting device.

양자 송수신부(120)는 제2 기기(200)로 제1 큐빗(qubit) 또는 제2 큐빗을 전송한다. 이때, 상기 전송된 제1 및 제2 큐빗은 상기 제2 기기(200)의 양자 메모리(230)에 저장될 수 있다.The quantum transceiver 120 transmits a first qubit or a second qubit to the second device 200. At this time, the transmitted first and second qubits may be stored in the quantum memory 230 of the second device 200.

제어부(110)는 상기 제2 기기(200)와 얽힌(entangled) 큐빗들의 쌍의 위치를 어나운스(announce)하고, 상기 얽힌 큐빗들의 쌍에 대하여 동일한 벨 상태 측정(Bell state measurement)이 획득되지 않으면, 상기 제2 기기(200)로부터 불일치(discrpancy)에 대한 어나운스를 수신하도록 상기 양자 송수신부(120)를 제어한다. 또한, 제어부(110)는 공중 채널에서 도청하려는 제3 기기(300)로부터의 큐빗 스와핑의 가능성을 제거하기 위해 보안 키의 서브셋을 상기 제2 기기(200)와 비교한다.The controller 110 announces the position of a pair of qubits entangled with the second device 200 and the same Bell state measurement is obtained for the pair of entangled qubits , And controls the quantum transceiver (120) to receive an acknowledgment for discrpancy from the second device (200). In addition, the control unit 110 compares a subset of the security keys with the second device 200 to eliminate the possibility of a cubit swapping from the third device 300 to be eavesdropped in the air channel.

이때, 상기 제1 기기(100)는 확률 p로 상기 제1 큐빗을 전송하고, 확률 1-p로 상기 제2 큐빗을 전송하고, 상기 제1 큐빗은 랜덤 보안 비트를 이용하는 연산 기저로 준비된 개별 큐빗일 수 있다. 또한, 상기 제2 큐빗은 얽힌 2-큐빗 시스템의 절반 부분에 해당하는 얽힌 큐빗이고, 나머지 절반 부분은 상기 제2 큐빗 이전에 전송되거나 또는 랜덤 숫자의 개별 큐빗들 이후에 전송될 수 있다.At this time, the first device 100 transmits the first qubit at a probability p and transmits the second qubit at a probability of 1-p, and the first qubit is an individual qubit Lt; / RTI > Also, the second qubit may be a tangled qubit, which corresponds to half the tangled 2-qubit system, and the other half may be transmitted before the second qubit or after the individual qubits of a random number.

또한, 제어부(110)는 상기 제1 및 제2 기기(100, 200) 간에 특정 개수의 개별 큐빗들이 공유되고, 전송 이전에 펜딩 중인(pending) 얽힌 큐빗이 없는지를 확인할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 상기 특정 개수의 개별 큐빗들이 공유되고, 전송 이전에 펜딩 중인(pending) 얽힌(entangled) 큐빗이 없을 때까지 상기 양자 송수신부(120)가 상기 제1 및 제2 큐빗을 전송하는 것을 반복하도록 제어할 수 있다.In addition, the controller 110 can confirm whether a specific number of individual qubits are shared between the first and second devices 100 and 200, and whether there is an entangled qubit that is pending before transmission. In addition, the controller 110 controls the quantum transceiver 120 to transmit the first and second qubits until the specific number of individual qubits are shared and there is no entangled qubit pending before transmission It is possible to control to repeat transmission.

다음으로, 수신 기기에 해당하는 제2 기기(200)의 각각의 구성요소에서 수행되는 양자 키 분배(QKD)에 대해 살펴보기로 하자.Next, let us consider a quantum key distribution (QKD) performed by each component of the second device 200 corresponding to the receiving device.

양자 송수신부(220)는 상기 제2기기(200)가 제1 기기(100)로부터 제1 큐빗(qubit) 또는 제2 큐빗을 수신한다.The quantum transceiver 220 receives the first qubit or the second qubit from the first device 100 by the second device 200.

양자 메모리(230)는 상기 수신된 제1 및 제2 큐빗을 저장한다.The quantum memory 230 stores the received first and second qubits.

제어부(210)는 상기 제1 기기(100)와 얽힌(entangled) 큐빗들의 쌍의 위치에 대한 어나운스(announce)를 상기 제1 기기(100)로부터 수신한다. 또한, 제어부(210)는 상기 얽힌 큐빗들의 쌍에 대하여 동일한 벨 상태 측정(Bell state measurement)이 획득되지 않으면, 상기 제1 기기(100)로 불일치(discrpancy)를 어나운스하도록 상기 양자 송수신부(220)를 제어한다. 또한, 제어부(210)는 공중 채널에서 도청하려는 제3 기기(300)로부터의 큐빗 스와핑의 가능성을 제거하기 위해 보안 키의 서브셋을 상기 제2 기기(200)와 비교한다.The control unit 210 receives an announcement of the position of a pair of qubit that is entangled with the first device 100 from the first device 100. Also, if the same bell state measurement is not obtained for the pair of entangled qubits, the controller 210 controls the quantum transceiver (not shown) to inform the first device 100 of discrpancy 220). In addition, the control unit 210 compares a subset of the security keys with the second device 200 in order to eliminate the possibility of the cubit swapping from the third device 300 to be eavesdropped in the air channel.

이때, 상기 제1 큐빗은 확률 p로 상기 제1 기기(100)로부터 전송되고, 상기 제2 큐빗은 확률 1-p로 상기 제1 기기로부터 전송되고, 상기 제1 큐빗은 랜덤 보안 비트를 이용하는 연산 기저로 준비된 개별 큐빗일 수 있다. 또한, 상기 제2 큐빗은 얽힌 2-큐빗 시스템의 절반 부분에 해당하는 얽힌 큐빗이고, 나머지 절반 부분은 상기 제2 큐빗 이전에 전송되거나 또는 랜덤 숫자의 개별 큐빗들 이후에 전송될 수 있다.At this time, the first qubit is transmitted from the first device 100 with a probability p, the second qubit is transmitted from the first device with a probability of 1-p, and the first qubit is calculated using an operation It may be a separate cubicle prepared at the base. Also, the second qubit may be a tangled qubit, which corresponds to half the tangled 2-qubit system, and the other half may be transmitted before the second qubit or after the individual qubits of a random number.

또한, 상기 제어부(210)는, 상기 제1 및 제2 기기(100, 200) 간에 특정 개수의 개별 큐빗들이 공유되고, 상기 제1 기기(100)에 펜딩 중인(pending) 얽힌 큐빗이 없을 때까지 상기 양자 송수신부(220)가 상기 제1 및 제2 큐빗을 전송하는 것을 반복하도록 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(210)는, 상기 개별 큐빗들에 해당하는 상기 제1 큐빗에 대한 연산 기반으로 개별 측정을 수행하고, 상기 수행된 개별 측정에 기반하여 상기 벨 상태 측정에 대한 불일치 여부를 판단할 수 있다.In addition, the controller 210 controls the first and second devices 100 and 200 so that a predetermined number of individual qubits are shared between the first and second devices 100 and 200 until there is no entangled qubit And control so that the quantum transceiver 220 repeatedly transmits the first and second qubits. In addition, the controller 210 performs individual measurement based on the calculation based on the first qubit corresponding to the individual qubits, and determines whether or not the bell state measurement is inconsistent based on the performed individual measurement .

다음으로, 도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 제1 기기와 제2 기기에서 각각 양자 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution)를 수행하는 방법의 흐름도를 도시한다.Next, FIGS. 3A and 3B show a flowchart of a method of performing quantum key distribution (QKD) in the first device and the second device, respectively, according to the present invention.

먼저, 도 3a를 참조하면, 제1 기기에 의해 수행되는 양자 키 분배 수행 방법은 큐빗 전송 과정(S110), 큐빗 상태 확인 과정(S120), 큐빗 위치 어나운스 과정(S130) 및 측정 불일치 어나운스 수신 과정(S140), 및 보안 키 비교 과정(S150)을 포함한다.3A, a method of performing quantum key distribution performed by a first device includes performing a qubit transmission process S110, a qubit status checking process S120, a cubit position announcement process S130, (S140), and a security key comparison process (S150).

큐빗 전송 과정(S110)에서, 제1 기기는 제2 기기로 제1 큐빗(qubit) 또는 제2 큐빗을 전송한다. 이때, 상기 전송된 제1 및 제2 큐빗은 상기 제2 기기의 양자 메모리에 저장된다. 이때, 상기 제1 기기는 확률 p로 상기 제1 큐빗을 전송하고, 확률 1-p로 상기 제2 큐빗을 전송하고, 상기 제1 큐빗은 랜덤 보안 비트를 이용하는 연산 기저로 준비된 개별 큐빗일 수 있다. 한편, 상기 제2 큐빗은 얽힌 2-큐빗 시스템의 절반 부분에 해당하는 얽힌 큐빗이고, 나머지 절반 부분은 상기 제2 큐빗 이전에 전송되거나 또는 랜덤 숫자의 개별 큐빗들 이후에 전송될 수 있다.In the qubit transmission process (S110), the first device transmits a first qubit or a second qubit to the second device. At this time, the transmitted first and second qubits are stored in the quantum memory of the second device. At this time, the first device may transmit the first qubit at a probability p and transmit the second qubit at a probability of 1-p, and the first qubit may be a separate qubit prepared by an operation base using a random security bit . On the other hand, the second qubit may be an entangled qubit, which corresponds to a half of the entangled 2-qubit system, and the other half may be transmitted before the second qubit or after a random number of individual qubits.

큐빗 상태 확인 과정(S120)에서, 상기 제1 및 제2 기기 간에 특정 개수의 개별 큐빗들이 공유되고, 전송 이전에 펜딩 중인(pending) 얽힌 큐빗이 없는지 여부가 확인된다. 한편, 상기 특정 개수의 개별 큐빗들이 공유되고, 전송 이전에 펜딩 중인(pending) 얽힌(entangled) 큐빗이 없을 때까지 상기 큐빗 전송 과정(S110)이 반복될 수 있다. In the qubit state checking step (S120), it is confirmed whether a certain number of individual qubits are shared between the first and second devices, and whether there is an entangled qubit that is pending before transmission. Meanwhile, the qubit transmission process (S110) may be repeated until the specific number of individual qubits are shared and there is no entangled qubit pending before transmission.

큐빗 위치 어나운스 과정(S130)에서, 상기 제1 기기가 상기 제2 기기와 얽힌(entangled) 큐빗들의 쌍의 위치를 어나운스(announce)한다.In the qubit position announcement process (S130), the first device announces the position of a pair of qubits entangled with the second device.

측정 불일치 어나운스 수신 과정(S140)에서, 상기 얽힌 큐빗들의 쌍에 대하여 동일한 벨 상태 측정(Bell state measurement)이 획득되지 않으면, 상기 제2 기기로부터 불일치(discrpancy)에 대한 어나운스를 수신한다.If the same Bell state measurement is not obtained for the pair of entangled qubits in the measurement inconsistency announcement reception step S140, an annunciation for discrpancy is received from the second device .

보안 키 비교 과정(S150)에서, 공중 채널에서 도청하려는 제3 기기로부터의 큐빗 스와핑의 가능성을 제거하기 위해 보안 키의 서브셋을 상기 제2 기기와 비교한다. In the security key comparison process (S150), a subset of the security key is compared with the second device to eliminate the possibility of a cubit swapping from a third device to be eavesdropped in a public channel.

다음으로, 도 3b를 참조하면, 제2 기기에 의해 수행되는 양자 키 분배 수행 방법은 큐빗 수신 과정(S210), 큐빗 위치 어나운스 수신 과정(S220), 측정 불일치 어나운스 과정(S230) 및 보안 키 비교 과정(S240)을 포함한다.Referring to FIG. 3B, the quantum key distribution method performed by the second device includes a qubit receiving process S210, a cubit position announcement receiving process S220, a measurement discrepancy announcement process S230, And a security key comparison process (S240).

큐빗 수신 과정(S210)에서, 상기 제2기기가 제1 기기로부터 제1 큐빗(qubit) 또는 제2 큐빗을 수신한다. 이때, 상기 수신된 제1 및 제2 큐빗은 상기 제2 기기의 양자 메모리에 저장될 수 있다.In the qubit receiving process (S210), the second device receives a first qubit or a second qubit from the first device. At this time, the received first and second qubits may be stored in the quantum memory of the second device.

큐빗 위치 어나운스 수신 과정(S220)에서, 상기 제1 기기와 얽힌(entangled) 큐빗들의 쌍의 위치에 대한 어나운스(announce)를 상기 제1 기기로부터 수신한다.In the qubit position announce reception process (S220), an announcement is received from the first device regarding the position of a pair of qubits entangled with the first device.

측정 불일치 어나운스 과정(S230)에서, 상기 얽힌 큐빗들의 쌍에 대하여 동일한 벨 상태 측정(Bell state measurement)이 획득되지 않으면, 상기 제1 기기로 불일치(discrpancy)를 어나운스한다.If the same Bell state measurement is not obtained for the pair of entangled qubits in the measurement mismatch test procedure (S230), the first device announces discrangement.

한편, 상기 제1 큐빗은 확률 p로 상기 제1 기기로부터 전송되고, 상기 제2 큐빗은 확률 1-p로 상기 제1 기기로부터 전송되고, 상기 제1 큐빗은 랜덤 보안 비트를 이용하는 연산 기저로 준비된 개별 큐빗일 수 있다. 또한, 상기 제2 큐빗은 얽힌 2-큐빗 시스템의 절반 부분에 해당하는 얽힌 큐빗이고, 나머지 절반 부분은 상기 제2 큐빗 이전에 전송되거나 또는 랜덤 숫자의 개별 큐빗들 이후에 전송될 수 있다.On the other hand, the first qubit is transmitted from the first device with a probability p, the second qubit is transmitted from the first device with a probability of 1-p, and the first qubit is prepared with a calculation base using a random security bit It can be a separate qubit. Also, the second qubit may be a tangled qubit, which corresponds to half the tangled 2-qubit system, and the other half may be transmitted before the second qubit or after the individual qubits of a random number.

한편, 큐빗 수신 과정(S210) 이후에, 상기 제1 및 제2 기기 간에 특정 개수의 개별 큐빗들이 공유되고, 상기 제1 기기에 펜딩 중인(pending) 얽힌 큐빗이 없을 때까지 상기 큐빗 수신 과정(S210)을 반복할 수 있다.Meanwhile, after the qubit receiving process (S210), a certain number of individual qubits are shared between the first and second devices, and the qubit receiving process (S210) is repeated until there is no entangled qubit pending in the first device ) Can be repeated.

큐빗 수신 과정(S210)에서 상기 저장된 제1 및 제2 큐빗은 상기 제3 기기에 의해 캡쳐되고, 연산 기저로 측정될 수 있다. 또한, 상기 측정된 결과에 따라 다시 큐빗으로 준비되어 상기 제3 기기에서 상기 제2 기기로 다시 전송된 큐빗일 수 있다. 이때, 상기 제3 기기에 의해 유발된 교란에 따른 얽힌 상태는 수학식 4와 같이 결정될 수 있다. 한편, 상기 얽힌 상태와 관련된 밀도 연산자는, 수학식 5와 같이 결정될 수 있다.In the qubit receiving step (S210), the stored first and second qubits are captured by the third device and can be measured by an operation base. Also, it may be a qubit that is prepared again as a qubit according to the measured result, and is transmitted again from the third device to the second device. At this time, the entangled state due to disturbance caused by the third device can be determined as shown in Equation (4). On the other hand, the density operator related to the entangled state can be determined as shown in Equation (5).

또한, 상기 제3 기기는 얽힌 시스템의 임의의 절반에 대한 측정을 수행하고, 상기 임의의 절반에 대한 얽힌 상태는 수학식 6과 같이 와 같이 최대로 혼합된 단일 큐빗 상태에 대응하도록 결정될 수 있다. Further, the third device may perform measurements on any half of the entangled system, and the entangled state for any half of the system may be determined to correspond to the maximally mixed single qubit state, as shown in equation (6).

한편, 측정 불일치 어나운스 과정(S230)에서, 상기 개별 큐빗들에 해당하는 상기 제1 큐빗에 대한 연산 기반으로 개별 측정을 수행하고, 상기 수행된 개별 측정에 기반하여 상기 벨 상태 측정에 대한 불일치 여부가 판단될 수 있다.On the other hand, in the measurement discrepancy estimation procedure (S230), individual measurements are performed on the basis of the calculation for the first qubit corresponding to the individual qubits, and a discrepancy Can be judged.

이와 관련하여, 상기 제3 기기는 상태 |0>E에서 자신의 큐빗을 준비하고, 제어 큐빗으로서 통과하는 큐빗과 타겟으로서 자신의 큐빗을 이용하여 CNOT 동작을 수행할 수 있다. 이때, 상기 큐빗이 얽힌 시스템의 일부를 통과하는 경우의 상기 CNOT 동작은 수학식 9와 같이 결정될 수 있다. 또한, 상기 큐빗이 얽힌 시스템의 일부를 두 번째로 통과하는 경우의 상기 CNOT 동작은, 수학식 10과 같이 결정될 수 있다. 또한, 상기 제3 기기의 큐빗들을 추적하여, 상기 제2 기기의 상태는 수학식 11과 같이 획득될 수 있다.In this regard, the third device may prepare its own qubit in state < RTI ID = 0.0 > 0 > E , < / RTI > and perform a CNOT operation using its own qubit as a target and the qubit passing as a control qubit. At this time, the CNOT operation when the qubit passes through a part of the entangled system can be determined as shown in Equation (9). Further, the CNOT operation in the case where the qubit traverses a part of the system for a second time can be determined as shown in Equation (10). Also, by tracking the cubes of the third device, the state of the second device can be obtained as shown in Equation (11).

한편, 보안 키 비교 과정(S240)에서, 공중 채널에서 도청하려는 제3 기기로부터의 큐빗 스와핑의 가능성을 제거하기 위해 보안 키의 서브셋을 상기 제1 기기와 비교한다.Meanwhile, in the security key comparison process (S240), a subset of the security key is compared with the first device in order to eliminate the possibility of the cubit swapping from the third device to be eavesdropped in the public channel.

이상에서 살펴본 바와 같이, 하나의 기저만을 이용하는 고유한 QKD 프로토콜이 제안되었다. 보안은 얽힘과 벨 상태 측정에 의해 달성된다. Eve의 검출 확률을 변경시키기 위하여 얽힌 큐빗의 단편을 변경시키는 것이 가능하다.As described above, a unique QKD protocol using only one base is proposed. Security is achieved by measuring entanglement and bell state. It is possible to change the fragment of the entangled qubit to change the detection probability of the eve.

본 발명의 적어도 일 실시예에 따르면, 양자 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution)를 수행함에 따라, 하나의 기저만을 이용하는 고유한 QKD 프로토콜을 이용할 수 있다는 장점이 있다.According to at least one embodiment of the present invention, by performing quantum key distribution (QKD), it is possible to use a unique QKD protocol using only one base.

또한, 본 발명의 적어도 일 실시예에 따르면, 양자 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution)를 수행함에 따라, 얽힘과 벨 상태 측정에 의해 보안을 달성할 수 있다는 장점이 있다.Also, according to at least one embodiment of the present invention, there is an advantage that security can be achieved by measuring entanglement and bell state by performing quantum key distribution (QKD).

소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능뿐만 아니라 각각의 구성 요소들은 별도의 소프트웨어 모듈로도 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되고, 제어부(controller) 또는 프로세서(processor)에 의해 실행될 수 있다.According to a software implementation, not only the procedures and functions described herein, but also each component may be implemented as a separate software module. Each of the software modules may perform one or more of the functions and operations described herein. Software code can be implemented in a software application written in a suitable programming language. The software code is stored in a memory and can be executed by a controller or a processor.

100: 제1 기기 200: 제2 기기
300: 제3 기기
100: first device 200: second device
300: Third device

Claims (19)

복수의 기기들 간에 양자 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution)를 수행하는 방법에 있어서, 상기 방법은 송신 기기인 제1 기기에 의해 수행되고,
상기 제1 기기가 제2 기기로 제1 큐빗(qubit) 또는 제2 큐빗을 전송하는 큐빗 전송 과정 ― 상기 전송된 제1 및 제2 큐빗은 상기 제2 기기의 양자 메모리에 저장됨 ― ;
상기 제1 기기가 상기 제2 기기와 얽힌(entangled) 큐빗들의 쌍의 위치를 어나운스(announce)하는 큐빗 위치 어나운스 과정; 및
상기 얽힌 큐빗들의 쌍에 대하여 동일한 벨 상태 측정(Bell state measurement)이 획득되지 않으면, 상기 제2 기기로부터 불일치(discrpancy)에 대한 어나운스를 수신하는 측정 불일치 어나운스 수신 과정을 포함하는, 양자 키 분배 수행 방법.
A method of performing quantum key distribution (QKD) between a plurality of devices, the method being performed by a first device that is a transmitting device,
Wherein the first device transmits a first qubit or a second qubit to a second device, wherein the transmitted first and second qubits are stored in the quantum memory of the second device;
The first device announces the position of a pair of qubits entangled with the second device; And
And a measurement inconsistency announcement reception step of receiving an announcement for discrpancy from the second device if the same Bell state measurement is not obtained for the pair of entangled qubits, How to perform key distribution.
제1 항에 있어서,
상기 제1 기기는 확률 p로 상기 제1 큐빗을 전송하고, 확률 1-p로 상기 제2 큐빗을 전송하고,
상기 제1 큐빗은 랜덤 보안 비트를 이용하는 연산 기저로 준비된 개별 큐빗이고,
상기 제2 큐빗은 얽힌 2-큐빗 시스템의 절반 부분에 해당하는 얽힌 큐빗이고, 나머지 절반 부분은 상기 제2 큐빗 이전에 전송되거나 또는 랜덤 숫자의 개별 큐빗들 이후에 전송되는, 양자 키 분배 수행 방법.
The method according to claim 1,
The first device transmits the first qubit at a probability p, the second qubit at a probability 1-p,
Wherein the first qubit is an individual qubit prepared by an operation base using a random security bit,
Wherein the second qubit is an entangled qubit corresponding to a half portion of an entangled 2-qubit system and the other half is transmitted before the second qubit or after individual qubits of a random number.
제2 항에 있어서,
상기 큐빗 전송 과정 이후에,
상기 제1 및 제2 기기 간에 특정 개수의 개별 큐빗들이 공유되고, 전송 이전에 펜딩 중인(pending) 얽힌 큐빗이 없는지를 확인하는 큐빗 상태 확인 과정을 더 포함하는, 양자 키 분배 수행 방법.
3. The method of claim 2,
After the qubit transmission process,
Further comprising a qubit condition check process for verifying that a certain number of individual qubits are shared between the first and second devices and that there are no entangled qubits pending prior to transmission.
제3 항에 있어서,
상기 특정 개수의 개별 큐빗들이 공유되고, 전송 이전에 펜딩 중인(pending) 얽힌(entangled) 큐빗이 없을 때까지 상기 큐빗 전송 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는, 양자 키 분배 수행 방법.
The method of claim 3,
Wherein the qubit transmission process is repeated until the specific number of individual qubits are shared and there is no entangled qubit pending prior to transmission.
제1 항에 있어서,
상기 측정 불일치 어나운스 수신 과정 이후에,
공중 채널에서 도청하려는 제3 기기로부터의 큐빗 스와핑의 가능성을 제거하기 위해 보안 키의 서브셋을 상기 제2 기기와 비교하는 보안 키 비교 과정을 더 포함하는, 양자 키 분배 수행 방법.
The method according to claim 1,
After the measurement discrepancy announcement reception process,
Further comprising a security key comparison step of comparing a subset of security keys with the second device to eliminate the possibility of a qubit swapping from a third device to be eavesdropped in the air channel.
복수의 기기들 간에 양자 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution)를 수행하는 방법에 있어서, 상기 방법은 수신 기기인 제2 기기에 의해 수행되고,
상기 제2기기가 제1 기기로부터 제1 큐빗(qubit) 또는 제2 큐빗을 수신하는 큐빗 수신 과정 ― 상기 수신된 제1 및 제2 큐빗은 상기 제2 기기의 양자 메모리에 저장됨 ― ;
상기 제1 기기와 얽힌(entangled) 큐빗들의 쌍의 위치에 대한 어나운스(announce)를 상기 제1 기기로부터 수신하는 큐빗 위치 어나운스 수신 과정; 및
상기 얽힌 큐빗들의 쌍에 대하여 동일한 벨 상태 측정(Bell state measurement)이 획득되지 않으면, 상기 제1 기기로 불일치(discrpancy)를 어나운스하는 측정 불일치 어나운스 과정을 포함하는, 양자 키 분배 수행 방법.
A method for performing quantum key distribution (QKD) between a plurality of devices, the method being performed by a second device that is a receiving device,
A qubit receiving process in which the second device receives a first qubit or a second qubit from the first device, the received first and second qubits being stored in the quantum memory of the second device;
A qubit location announcement reception step of receiving an announcement of a position of a pair of quadbits entangled with the first device from the first device; And
And a measurement inconsistency announcement process that notifies the first device of discrpancy if the same Bell state measurement is not obtained for the pair of entangled qubits. .
제6 항에 있어서,
상기 제1 큐빗은 확률 p로 상기 제1 기기로부터 전송되고, 상기 제2 큐빗은 확률 1-p로 상기 제1 기기로부터 전송되고,
상기 제1 큐빗은 랜덤 보안 비트를 이용하는 연산 기저로 준비된 개별 큐빗이고,
상기 제2 큐빗은 얽힌 2-큐빗 시스템의 절반 부분에 해당하는 얽힌 큐빗이고, 나머지 절반 부분은 상기 제2 큐빗 이전에 전송되거나 또는 랜덤 숫자의 개별 큐빗들 이후에 전송되는, 양자 키 분배 수행 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the first qubit is transmitted from the first device with a probability p and the second qubit is transmitted from the first device with a probability of 1-p,
Wherein the first qubit is an individual qubit prepared by an operation base using a random security bit,
Wherein the second qubit is an entangled qubit corresponding to a half portion of an entangled 2-qubit system and the other half is transmitted before the second qubit or after individual qubits of a random number.
제6 항에 있어서,
상기 큐빗 수신 과정 이후에,
상기 제1 및 제2 기기 간에 특정 개수의 개별 큐빗들이 공유되고, 상기 제1 기기에 펜딩 중인(pending) 얽힌 큐빗이 없을 때까지 상기 큐빗 수신 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는, 양자 키 분배 수행 방법.
The method according to claim 6,
After the qubit receiving process,
Characterized in that a predetermined number of individual qubits are shared between the first and second devices and the qubit receiving process is repeated until there is no pending qubit in the first device .
제7 항에 있어서,
상기 측정 불일치 어나운스 과정은,
상기 개별 큐빗들에 해당하는 상기 제1 큐빗에 대한 연산 기반으로 개별 측정을 수행하고, 상기 수행된 개별 측정에 기반하여 상기 벨 상태 측정에 대한 불일치 여부가 판단되는, 양자 키 분배 수행 방법.
8. The method of claim 7,
The measurement discrepancy announcement process includes:
Wherein individual measurements are performed on an operation basis for the first qubit corresponding to the individual qubits and a discrepancy for the bell state measurement is determined based on the performed individual measurements.
제6 항에 있어서,
상기 측정 불일치 어나운스 과정 이후에,
공중 채널에서 도청하려는 제3 기기로부터의 큐빗 스와핑의 가능성을 제거하기 위해 보안 키의 서브셋을 상기 제1 기기와 비교하는 보안 키 비교 과정을 더 포함하는, 양자 키 분배 수행 방법.
The method according to claim 6,
After the measurement discrepancy announcement process,
Further comprising a security key comparison step of comparing a subset of security keys with the first device to eliminate the possibility of a cubit swapping from a third device attempting to eavesdrop on the air channel.
복수의 기기들 간에 양자 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution)를 수행하는 제1 기기에 있어서,
제2 기기로 제1 큐빗(qubit) 또는 제2 큐빗을 전송하는 양자 송수신부 ― 상기 전송된 제1 및 제2 큐빗은 상기 제2 기기의 양자 메모리에 저장됨 ― ;
상기 제2 기기와 얽힌(entangled) 큐빗들의 쌍의 위치를 어나운스(announce)하고, 상기 얽힌 큐빗들의 쌍에 대하여 동일한 벨 상태 측정(Bell state measurement)이 획득되지 않으면, 상기 제2 기기로부터 불일치(discrpancy)에 대한 어나운스를 수신하도록 상기 양자 송수신부를 제어하고, 공중 채널에서 도청하려는 제3 기기로부터의 큐빗 스와핑의 가능성을 제거하기 위해 보안 키의 서브셋을 상기 제2 기기와 비교하는 제어부를 포함하는, 양자 키 분배 수행 기기.
1. A first device for performing quantum key distribution (QKD) between a plurality of devices,
A quantum transceiver transmitting a first qubit or a second qubit to a second device, wherein the transmitted first and second qubits are stored in the quantum memory of the second device;
Announce the location of a pair of quadbits entangled with the second device and if the same Bell state measurement is not obtained for the pair of entangled qubits, control unit for controlling the quantum transceiver to receive an announcement for a discrunity and discarding a possibility of qubit swapping from a third device to be eavesdropped in a public channel, Comprising a quantum key distribution device.
제11 항에 있어서,
상기 제1 기기는 확률 p로 상기 제1 큐빗을 전송하고, 확률 1-p로 상기 제2 큐빗을 전송하고,
상기 제1 큐빗은 랜덤 보안 비트를 이용하는 연산 기저로 준비된 개별 큐빗이고,
상기 제2 큐빗은 얽힌 2-큐빗 시스템의 절반 부분에 해당하는 얽힌 큐빗이고, 나머지 절반 부분은 상기 제2 큐빗 이전에 전송되거나 또는 랜덤 숫자의 개별 큐빗들 이후에 전송되는, 양자 키 분배 수행 기기.
12. The method of claim 11,
The first device transmits the first qubit at a probability p, the second qubit at a probability 1-p,
Wherein the first qubit is an individual qubit prepared by an operation base using a random security bit,
Wherein the second qubit is a tangled qubit that is a half of an entangled 2-qubit system and the other half is transmitted before the second qubit or after individual qubits of a random number.
제12 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 및 제2 기기 간에 특정 개수의 개별 큐빗들이 공유되고, 전송 이전에 펜딩 중인(pending) 얽힌 큐빗이 없는지를 확인하고, 상기 특정 개수의 개별 큐빗들이 공유되고, 전송 이전에 펜딩 중인(pending) 얽힌(entangled) 큐빗이 없을 때까지 상기 양자 송수신부가 상기 제1 및 제2 큐빗을 전송하는 것을 반복하도록 제어하는, 양자 키 분배 수행 기기.
13. The method of claim 12,
Wherein,
Determining whether a specific number of individual qubits are shared between the first and second devices and that there is no entangled qubits pending prior to transmission and that the particular number of individual qubits are shared and are pending prior to transmission ) Controls the quantum transceiver to repeatedly transmit the first and second qubits until there is no entangled qubit.
복수의 기기들 간에 양자 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution)를 수행하는 제2 기기에 있어서,
상기 제2기기가 제1 기기로부터 제1 큐빗(qubit) 또는 제2 큐빗을 수신하는 양자 송수신부;
상기 수신된 제1 및 제2 큐빗을 저장하는 양자 메모리; 및
상기 제1 기기와 얽힌(entangled) 큐빗들의 쌍의 위치에 대한 어나운스(announce)를 상기 제1 기기로부터 수신하고, 상기 얽힌 큐빗들의 쌍에 대하여 동일한 벨 상태 측정(Bell state measurement)이 획득되지 않으면, 상기 제1 기기로 불일치(discrpancy)를 어나운스하도록 상기 양자 송수신부를 제어하고, 공중 채널에서 도청하려는 제3 기기로부터의 큐빗 스와핑의 가능성을 제거하기 위해 보안 키의 서브셋을 상기 제2 기기와 비교하는 제어부를 포함하는, 양자 키 분배 수행 기기.
A second device for performing quantum key distribution (QKD) among a plurality of devices,
A quantum transceiver for receiving a first qubit or a second qubit from the first device;
A quantum memory for storing the received first and second qubits; And
Receiving an announcement of a position of a pair of quadbits entangled with the first device from the first device and obtaining the same Bell state measurement for the pair of entangled qubits , The control unit controls the quantum transceiver to announce a discrpancy to the first device and to transmit a subset of the security key to the second device in order to eliminate the possibility of qubit swapping from the third device to be eavesdropped in the public channel, And a control unit for comparing the quantized key distribution with the quantized key distribution.
제14 항에 있어서,
상기 제1 큐빗은 확률 p로 상기 제1 기기로부터 전송되고, 상기 제2 큐빗은 확률 1-p로 상기 제1 기기로부터 전송되고,
상기 제1 큐빗은 랜덤 보안 비트를 이용하는 연산 기저로 준비된 개별 큐빗이고,
상기 제2 큐빗은 얽힌 2-큐빗 시스템의 절반 부분에 해당하는 얽힌 큐빗이고, 나머지 절반 부분은 상기 제2 큐빗 이전에 전송되거나 또는 랜덤 숫자의 개별 큐빗들 이후에 전송되는, 양자 키 분배 수행 기기.
15. The method of claim 14,
Wherein the first qubit is transmitted from the first device with a probability p and the second qubit is transmitted from the first device with a probability of 1-p,
Wherein the first qubit is an individual qubit prepared by an operation base using a random security bit,
Wherein the second qubit is a tangled qubit that is a half of an entangled 2-qubit system and the other half is transmitted before the second qubit or after individual qubits of a random number.
제14 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 및 제2 기기 간에 특정 개수의 개별 큐빗들이 공유되고, 상기 제1 기기에 펜딩 중인(pending) 얽힌 큐빗이 없을 때까지 상기 양자 송수신부가 상기 제1 및 제2 큐빗을 전송하는 것을 반복하도록 제어하고,
상기 개별 큐빗들에 해당하는 상기 제1 큐빗에 대한 연산 기반으로 개별 측정을 수행하고, 상기 수행된 개별 측정에 기반하여 상기 벨 상태 측정에 대한 불일치 여부를 판단하는, 양자 키 분배 수행 기기.
15. The method of claim 14,
Wherein,
A predetermined number of individual qubits are shared between the first and second devices, and the quantum transceiver repeats transmission of the first and second qubits until there is no entangled qubit pending in the first device Control,
Performing individual measurements on an operation basis for the first qubit corresponding to the individual qubits and determining whether the bell state measurement is inconsistent based on the performed individual measurements.
제10 항에 있어서,
상기 큐빗 수신 과정에서,
상기 저장된 제1 및 제2 큐빗은 상기 제3 기기에 의해 캡쳐되고, 연산 기저로 측정되고, 상기 측정된 결과에 따라 다시 큐빗으로 준비되어 상기 제3 기기에서 상기 제2 기기로 다시 전송된 큐빗이고,
상기 제3 기기에 의해 유발된 교란에 따른 얽힌 상태는
Figure 112017049242722-pat00012
로 결정되고,
상기 얽힌 상태와 관련된 밀도 연산자는,
Figure 112017049242722-pat00013
로 결정되는,
양자 키 분배 수행 방법.
11. The method of claim 10,
In the qubit receiving process,
Wherein the stored first and second qubits are captured by the third device and measured by an operational basis and are again a qubit in the third device and transmitted back to the second device in accordance with the measured result ,
The entangled state due to the disturbance caused by the third device
Figure 112017049242722-pat00012
Lt; / RTI >
The density operator associated with the entangled state,
Figure 112017049242722-pat00013
Lt; / RTI >
How to perform quantum key distribution.
제10 항에 있어서,
상기 큐빗 수신 과정에서,
상기 저장된 제1 및 제2 큐빗은 상기 제3 기기에 의해 캡쳐되고, 연산 기저로 측정되고, 상기 측정된 결과에 따라 다시 큐빗으로 준비되어 상기 제3 기기에서 상기 제2 기기로 다시 전송된 큐빗이고,
상기 제3 기기에 의해 유발된 교란에 따른 얽힌 상태는
Figure 112017049242722-pat00014
로 결정되고,
상기 얽힌 상태와 관련된 밀도 연산자는,
Figure 112017049242722-pat00015
로 결정되고,
상기 제3기기는 얽힌 시스템의 임의의 절반에 대한 측정을 수행하고,
상기 임의의 절반에 대한 얽힌 상태는
Figure 112017049242722-pat00016
와 같이 최대로 혼합된 단일 큐빗 상태에 대응하도록 결정되는, 양자 키 분배 수행 방법.
11. The method of claim 10,
In the qubit receiving process,
Wherein the stored first and second qubits are captured by the third device and measured by an operational basis and are again a qubit in the third device and transmitted back to the second device in accordance with the measured result ,
The entangled state due to the disturbance caused by the third device
Figure 112017049242722-pat00014
Lt; / RTI >
The density operator associated with the entangled state,
Figure 112017049242722-pat00015
Lt; / RTI >
The third device performs measurements on any half of the entangled system,
The entangled state for any half of
Figure 112017049242722-pat00016
Such that the quantized key distribution is determined to correspond to a maximally mixed single qubit state.
제10 항에 있어서,
상기 제3 기기는 상태 |0>E에서 자신의 큐빗을 준비하고, 제어 큐빗으로서 통과하는 큐빗과 타겟으로서 자신의 큐빗을 이용하여 CNOT 동작을 수행하고,
상기 큐빗이 얽힌 시스템의 일부를 통과하는 경우의 상기 CNOT 동작은
Figure 112017049242722-pat00017
으로 결정되고,
상기 큐빗이 얽힌 시스템의 일부를 두 번째로 통과하는 경우의 상기 CNOT 동작은,
Figure 112017049242722-pat00018
로 결정되고,
상기 제3 기기의 큐빗들을 추적하여, 상기 제2 기기의 상태는
Figure 112017049242722-pat00019
로 획득되는, 양자 키 분배 수행 방법.
11. The method of claim 10,
The third device prepares its own qubit at state < RTI ID = 0.0 > 0 > E , < / RTI > performs a CNOT operation using its own qubit as a target,
The CNOT operation when the qubit passes through a part of the entangled system
Figure 112017049242722-pat00017
Lt; / RTI >
The CNOT operation when the qubit passes a part of the intertwined system a second time,
Figure 112017049242722-pat00018
Lt; / RTI >
Tracks the cubes of the third device, and the state of the second device
Figure 112017049242722-pat00019
, ≪ / RTI >
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