量子情報：遠距離ユーザーのための測定装置無依存量子鍵配送系
Nature 607, 7920 doi: 10.1038/s41586-022-04891-y
測定装置無依存量子鍵配送（DIQKD）では、特性が評価されておらず信頼できない可能性があるデバイスを用いて、信頼できないチャネルで秘密鍵を生成できる。デバイスが適切かつ安全に機能していることは、ベル不等式を用いた統計的検証によって認証できる。この検証は量子物理学の基礎に由来し、これによって実装のループホールに対するロバスト性が確保されるので、他の手段によって保証されるのはユーザーの場所の完全性のみとなる。しかし、DIQKDの実現は、主に2つの遠隔地間での高品質なエンタングルメントを高い検出効率で確立することが難しいため、極めて困難である。今回我々は、遠方の2人のユーザー間でDIQKDを実現する実験系を提示する。この実験は、400 m離れた建物内に位置する2つの独立に捕捉された単一ルビジウム原子の間での、イベント・レディ（event-ready）エンタングルメントの生成と解析に基づいている。我々は、ℱ ≥ 0.892(23)というエンタングルメント忠実度を達成し、ランダム鍵を用いるDIQKDプロトコルを実装することによって、S = 2.578(75)という、古典限界である2を超えるベル不等式の大きな破れと、わずか0.078(9)という量子ビット誤り率を観測した。プロトコルに関しては、この結果として、漸近極限においてエンタングルメント生成事象1回当たりの秘密鍵生成率が0.07ビットになり、これによって、この系の秘密鍵生成能力が実証された。信頼できない可能性があるデバイスを用いた安全な鍵交換という今回の結果は、将来の量子ネットワークにおける究極の形の量子安全通信への道を開くものである。
