3.3 Finite-Key Security . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.3.1 General QKD Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.3.2 Security Definition and Proof . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.3.3 Reduction to Asymptotic Key Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.4 State-of-the-Art Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Appendix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.5 Eve’s Uncertainty Is Non-increasing Under Symmetrization . . . . 49
3.6 Finite-Key Security of QKD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4 Quantum Conference Key Agreement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.1 Extending QKD to Multiple Parties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.1.1 Multipartite BB84 Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.2 Security of CKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.2.1 General CKA Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.2.2 Security Definition and Proof . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.3 Experimental CKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Appendix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.4 Finite-key Security of CKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5 Quantum Key Distribution with Imperfect Devices . . . . . . . . . . . . . . 71
5.1 BB84 with Weak Coherent Pulses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.2 Decoy-State Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.3 Introduction to Measurement-device-independent QKD . . . . . . . . 75
5.4 Practical Measurement-Device-Independent QKD . . . . . . . . . . . . 77
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
6 Beyond Point-to-Point Quantum Key Distribution . . . . . . . . . . . . . . 83
6.1 Fundamental Limits of Point-to-Point QKD . . . . . . . . . . . . . . . . 83
6.2 Twin-Field QKD: Original Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
6.3 Twin-Field QKD Without Phase Post-selection . . . . . . . . . . . . . . 86
6.3.1 Idealized Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.3.2 Actual Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.3.3 Error Rates Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
6.3.4 Secret Key Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
6.4 Twin-Field QKD with Finite Decoys and Asymmetric
Channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
6.5 Conference Key Agreement with Single Photon Interference . . . . 97
6.5.1 Multipartite QKD with a W State . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.5.2 Performance Assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
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3.3.1 General QKD Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.3.2 Security Definition and Proof . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.3.3 Reduction to Asymptotic Key Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.4 State-of-the-Art Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Appendix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.5 Eve’s Uncertainty Is Non-increasing Under Symmetrization . . . . 49
3.6 Finite-Key Security of QKD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4 Quantum Conference Key Agreement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.1 Extending QKD to Multiple Parties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.1.1 Multipartite BB84 Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.2 Security of CKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.2.1 General CKA Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.2.2 Security Definition and Proof . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.3 Experimental CKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Appendix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.4 Finite-key Security of CKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5 Quantum Key Distribution with Imperfect Devices . . . . . . . . . . . . . . 71
5.1 BB84 with Weak Coherent Pulses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.2 Decoy-State Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.3 Introduction to Measurement-device-independent QKD . . . . . . . . 75
5.4 Practical Measurement-Device-Independent QKD . . . . . . . . . . . . 77
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
6 Beyond Point-to-Point Quantum Key Distribution . . . . . . . . . . . . . . 83
6.1 Fundamental Limits of Point-to-Point QKD . . . . . . . . . . . . . . . . 83
6.2 Twin-Field QKD: Original Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
6.3 Twin-Field QKD Without Phase Post-selection . . . . . . . . . . . . . . 86
6.3.1 Idealized Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.3.2 Actual Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.3.3 Error Rates Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
6.3.4 Secret Key Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
6.4 Twin-Field QKD with Finite Decoys and Asymmetric
Channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
6.5 Conference Key Agreement with Single Photon Interference . . . . 97
6.5.1 Multipartite QKD with a W State . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.5.2 Performance Assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
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