Key Distillation is an essential component of every Quantum Key Distribution system because it compensates the inherent transmission errors of quantum channel. However, throughput and interoperability aspects of post-processing engine design often neglected, and exiting solutions are not providing any guarantee. In this paper, we propose multiple protocol support high throughput key distillation framework implemented in a Field Programmable Gate Array (FPGA) using High-Level Synthesis (HLS). The proposed design uses a Hadoop framework with a map-reduce programming model to efficiently process large chunks of raw data across the limited computing resources of an FPGA. We present a novel hardware-efficient integrated post-processing architecture that offer dynamic error correction, a side-channel resistant authentication scheme, and an inbuilt high-speed encryption application, which uses the key for secure communication. We develop a semi automated High level synthesis framework capable of handling different QKD protocols with promising speedup. Overall, the experimental results shows that there is a significant improvement in performance and compatible with any discrete variable QKD systems.


翻译:关键蒸馏是每个量子键分配系统的一个基本组成部分,因为它补偿了量子信道固有的传输错误。然而,后处理引擎设计中的吞吐量和互操作性方面往往被忽视,而退出的解决方案并不能提供任何保证。在本文件中,我们提议多个协议支持使用高级合成(HLS)在现场可编程门阵列(FPGA)中实施的高吞吞吞关键蒸馏框架。拟议的设计使用带有地图降序编程模型的Hadoop框架,以高效处理在FPGA的有限计算资源之间大量原始数据。我们提出了一个新型的硬件高效后处理综合结构,提供动态错误校正、侧道防阻的认证方案,以及一个内建的高速加密应用程序,用于安全通信的钥匙。我们开发了一个半自动高层次合成框架,能够以有希望的速度处理不同的QKD协议。总体实验结果表明,性能有显著改进,并与任何离散的QKD系统兼容。

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