量子鍵配送プロトコルのリスト

量子鍵配送（QKD）プロトコルは、量子鍵配送に用いられます。この種の最初のプロトコルは、1984年に Charles H. BennettとGilles Brassardによって導入されたBB84です。その後、多くのプロトコルが定義されてきました。

量子鍵配送プロトコルのリスト

• BB84（1984）は、区別しようとしている2つの状態が直交しておらず、認証された公開古典チャネルがある場合に、信号を乱すことを犠牲にしてのみ情報を得ることが可能であるという量子特性を利用して、2者がワンタイムパッド暗号化で使用する秘密鍵を安全に通信することを可能にする量子鍵配布方式である。^[1]
• E91 プロトコル(1991) は、もつれた光子のペアを使用して安全な通信のための鍵を生成する量子暗号化方式であり、ベルの定理に違反し、2 者間の測定値間の完全な相関関係を維持することで、外部の第三者による盗聴の試みを検出する機能を備えています。
• BBM92 プロトコル(1992) は、偏光もつれ光子対とデコイ状態を使用して非直交量子信号を安全に送信する量子鍵配布方法です。
• B92 プロトコル(1992) は、エンタングルメント蒸留プロトコルを使用して、Z 基底で状態を測定し、ローカル フィルタリングと Z 基底測定を使用して、送信のセキュリティがエラーの数と使用されるフィルタ ペアの数によって決定されることを保証する、損失やノイズの多いチャネルでも無条件のセキュリティで非直交量子状態を準備および送信する量子キー配布方法です。
• MSZ96プロトコル (1996) は、弱い光場の 4 つの非直交量子状態を使用して、光子の偏光やエンタングルメント光子を使用せずに暗号キー ビットをエンコードします。
• 6 状態プロトコル(1998) は、量子暗号を使用して安全な情報を送信する方法です。3 つの直交基底で 6 状態偏光方式を使用し、ノイズの多いチャネルを許容できるため、BB84 プロトコルに比べてノイズに強く、エラーを検出しやすいという利点があります。
• DPS プロトコル (2002) は、従来の BB84 プロトコルのような基底選択プロセスを必要とせず、検出器が少ないよりシンプルな受信機構成を持ち、時間領域で効率的な連続パルスを使用して高速な鍵作成を実現し、弱いコヒーレント光による光子数分割攻撃に対しても堅牢な、シンプルで効率的な量子鍵配布 (QKD) 方式です。
• デコイ状態プロトコル(2003) は、送信機のソースで複数の強度レベルを使用し、ビット エラー レートを監視して光子数分割攻撃を検出および防止し、より安全な伝送速度やより長い最大チャネル長を可能にする、実用的な量子暗号システムで使用される方法です。
• SARG04 (2004) は、特に光子数分割攻撃に対して BB84 のより堅牢なバージョンとして開発された量子鍵配布プロトコルであり、情報が弱いパルスを生成するポアソン源によって生成され、不完全な検出器によって受信される状況で減衰レーザーパルスと共に使用されます。
• COW プロトコル (2005) は、弱いコヒーレント光パルスを使用してキーを送信することにより、2 者間の安全な通信を可能にし、クライアント側に乱数ジェネレータのみを必要とし、キー情報を高速で送信できるという利点があります。
• 3 段階量子暗号プロトコル(2006) は、認証された 2 つの当事者によるランダムな偏光回転を使用して、単一光子を使用してデータを継続的に暗号化するデータ暗号化の方法であり、キーの交換にも使用でき、多光子量子暗号化の可能性と、変更による中間者攻撃への対処機能を備えています。
• KMB09 プロトコル(2009) は、相互に偏りのない 2 つの基底を使用し、最小のインデックス伝送エラー率と量子ビット エラー率を導入することで、アリスとボブ間の伝送距離を延長することを可能にします。これは、高次元の光子状態に特に効果的です。
• HDQKD は、光角運動量モードなどの高次元で量子情報をエンコードし、マルチコアファイバーまたは自由空間リンクを介して長距離伝送することで、2 者間の安全な通信を可能にするテクノロジです。
• T12 プロトコルは、特定の理想化を削除し、システムのキー レートを向上できる機能を組み込むことで、QKD の実用性を高めることを目的としています。
• AWEM-QKD（2025）は、2025年に導入された次世代QKDプロトコルであり、適応型量子ロジックと誤り訂正メカニズムを統合することで、BB84やE91などの従来の方式を強化しています。このプロトコルは、量子適応型アダマール（QAH）、量子条件付きエンタングルメントロジック（QCEL）、適応型測定検証ロジック（AMVL）という3つの新しい量子ロジックを採用しています。これらのロジックは、ゲート動作を動的に調整することで、チャネルノイズを打ち消し、QBER（量子ビット誤り率）を低減し、盗聴に対する耐性を強化します。静的プロトコルとは異なり、AWEM-QKDは変化する量子チャネル状態にリアルタイムで適応し、安定した安全な鍵生成を保証します。また、このシステムは適応型誤り訂正とプライバシー増幅も組み込んでおり、従来のQKD方式と比較して、鍵の精度とセキュリティ耐性が大幅に向上しています。これにより、AWEM-QKDは安全な量子通信のための堅牢で数学的に証明されたプロトコルとなっています。 AWEM-QKDは、2025年7月にVarun Krishnaによって導入されます。

参考文献

1. サバニ, マリア; サヴァス, イリアス; ポウラキス, ディミトリオス; マクリス, ゲオルギオス (2022). 「量子鍵配送：基本プロトコルと脅威」.第26回汎ギリシャ情報科学会議議事録. pp.  383– 388. doi : 10.1145/3575879.3576022 . ISBN 978-1-4503-9854-1。