高维中的无条件安全量子密钥分发

为寻找可抵御更剧烈窃听攻击的量子密钥分发方案,我发现了一种以 $N$ 维量子粒子作为信息载体的制备-测量方案,其中 $N$ 为素数幂。利用 Shor-Preskill 型论证,我证明该方案针对量子物理定律允许的所有攻击是无条件安全的。顺便指出,对于 $N = 2^n > 2$,每个信息载体可由 $n$ 个纠缠量子比特替代。此情形下,我发现了一种窃听攻击,已知迄今任何基于非纠缠量子比特的制备-测量量子密钥分发方案均无法在其上生成可证明安全的密钥。相反,该基于纠缠量子比特的方案在相同窃听攻击下只要 $N \geq 16$ 即可生成可证明安全的密钥。这证明了使用纠缠粒子作为信息载体以应对特定窃听策略的优势。