Implementation security of quantum key distribution

Abstract

The main goal of this research project is to analyse the security of practical implementations of discrete-variable QKD systems. While it is true that in theory QKD can offer unconditional security based on the laws of physics, in practice, however, at the moment it does not, because typical security proofs of QKD include assumptions that are not actually met by current implementations, as they usually ignore many experimental device imperfections. This means that these proofs cannot be applied to practical realisations because real devices behave differently from the theoretical models that are assumed in the proofs. This project aims to fill in this big gap between the theory and the practice of QKD by developing efficient security proof methods for the finite sample-size setting scenario that can include typical devices’ flaws to be applied to QKD experiments, particularly to decoy-state-based QKD platforms.

El objetivo principal de este proyecto de investigación es analizar la seguridad de las implementaciones prácticas de los sistemas SCDC de variable discreta. Si bien es cierto que en teoría SCDC puede ofrecer seguridad incondicional basada en las leyes de la física, en la práctica, sin embargo, por el momento no es así, porque las pruebas de seguridad típicas de SCDC incluyen suposiciones que en realidad no se cumplen con las implementaciones actuales, ya que por lo general, ignora muchas imperfecciones experimentales de los dispositivos. Esto significa que estas pruebas no se pueden aplicar a realizaciones prácticas porque los dispositivos reales se comportan de manera diferente a los modelos teóricos que se asumen en las pruebas. Este proyecto pretende analizar esta gran brecha entre la teoría y la práctica de SCDC mediante el desarrollo de métodos eficientes de seguridad para el escenario en el regime finito que incluye defectos en los dispositivos típicos para ser aplicados a experimentos de SCDC, particularmente al "decoy-state" SCDC.

O obxectivo principal deste proxecto de investigación é analizar a seguridade das implementacións prácticas de sistemas SCDC discretos. Aínda que é certo que en teoría SCDC pode ofrecer seguridade incondicional en función das leis da física, na práctica non o fai, porque probas de seguridade típicas de SCDC inclúen suposicións que non se cumpren realmente nas implementacións actuais, xa que normalmente ignoran moitas imperfeccións dos dispositivos experimentais. Isto significa que estas probas non se poden aplicar ás realizacións prácticas porque os dispositivos reais compórtanse de forma diferente dos modelos teóricos que se asumen nas probas de seguridade. Este proxecto ten como obxectivo cubrir ésta gran diferenza entre a teoría e a práctica do SCDC mediante o desenvolvemento de métodos de seguridade eficientes para o escenario de réxime finito que pode incluír fallos dos dispositivos típicos que aplicaránse aos experimentos de SCDC, especialmente para plataformas baseadas en SCDC.