Distribución cuántica de claves con ruido realista

Abstract

Con el auge de la computación cuántica, surge la necesidad de desarrollar métodos más seguros para la distribución de claves, más allá de los enfoques tradicionales, mediante la distribución cuántica de claves (QKD). Este trabajo aborda el cálculo de la tasa de clave en protocolos de QKD, un desafío con una larga trayectoria. Los métodos analíticos están limitados a protocolos con bases de medición simétricas, mientras que los métodos numéricos utilizan la min-entropía, que ofrece un límite inferior débil para la entropía de von Neumann. Se ha implementado en el lenguaje de programación Julia un algoritmo basado en programación semidefinida (SDP), que permite un cálculo numérico más eficiente de la tasa de clave. Además, se analiza el impacto del ruido, como las interferencias ambientales y las imperfecciones de los detectores, sobre el rendimiento del protocolo, utilizando dos modelos de ruido comunes en las fuentes de entrelazamiento: los intervalos de tiempo y los modos espaciales. Este enfoque permite una evaluación más precisa y práctica del rendimiento de los protocolos de QKD en condiciones reales.

With the advent of quantum computing, there is an increasing need to develop more secure methods for key distribution, moving beyond traditional approaches through quantum key distribution (QKD). This study focuses on the calculation of key rates in QKD protocols, a longstanding challenge. Analytical methods are restricted to protocols using symmetric measurement bases, while numerical methods rely on min-entropy, which offers a loose lower bound to the von Neumann entropy. A more efficient numerical calculation of the key rate has been achieved through the implementation of an algorithm in Julia, based on semidefinite programming (SDP). Furthermore, the impact of noise on protocol performance, such as environmental interference and detector imperfections, is analyzed using two common noise models for entanglement sources: time bins and spatial modes. This approach enables a more accurate and practical assessment of QKD protocol performance in real-world conditions.