We provide limits to practical quantum key distribution, taking into account channel losses, a realistic detection process, and imperfections in the "qubits" sent from the sender to the receiver. As we show, even quantum key distribution with perfect qubits might not be achievable over long distances when the other imperfections are taken into account. Furthermore, existing experimental schemes (based on weak pulses) currently do not offer unconditional security for the reported distances and signal strength. Finally we show that parametric down-conversion offers enhanced performance compared to its weak coherent pulse counterpart.

We exhibit an orthogonal set of product states of two three-state particles that nevertheless cannot be reliably distinguished by a pair of separated observers ignorant of which of the states has been presented to them, even if the observers are allowed any sequence of local operations and classical communication between the separate observers. It is proved that there is a finite gap between the mutual information obtainable by a joint measurement on these states and a measurement in which only local actions are permitted. This result implies the existence of separable superoperators that cannot be implemented locally. A set of states are found involving three two-state particles that also appear to be nonmeasurable locally. These and other multipartite states are classified according to the entropy and entanglement costs of preparing and measuring them by local operations.

We apply the full power of modern electronic band-structure engineering and epitaxial heterostructures to design a transistor that can sense and control a single-donor electron spin. Spin-resonance transistors may form the technological basis for quantum information processing. One- and two-qubit operations are performed by applying a gate bias. The bias electric field pulls the electron wave function away from the dopant ion into layers of different alloy composition. Owing to the variation of the g factor $(\mathrm{Si}:g=1.998,\mathrm{Ge}:g=1.563),$ this displacement changes the spin Zeeman energy, allowing single-qubit operations. By displacing the electron even further, the overlap with neighboring qubits is affected, which allows two-qubit operations. Certain silicon-germanium alloys allow a qubit spacing as large as 200 nm, which is well within the capabilities of current lithographic techniques. We discuss manufacturing limitations and issues regarding scaling up to a large size computer.

An unextendible product basis (UPB) for a multipartite quantum system is an incomplete orthogonal product basis whose complementary subspace contains no product state. We give examples of UPBs, and show that the uniform mixed state over the subspace complementary to any UPB is a bound entangled state. We exhibit a tripartite 2x2x2 UPB whose complementary mixed state has tripartite entanglement but no bipartite entanglement, i.e. all three corresponding 2x4 bipartite mixed states are unentangled. We show that members of a UPB are not perfectly distinguishable by local POVMs and classical communication.

The safety of a quantum key distribution system relies on the fact that any eavesdropping attempt on the quantum channel creates errors in the transmission. For a given error rate, the amount of information that may have leaked to the eavesdropper depends on both the particular system and the eavesdropping strategy. In this work, we discuss quantum cryptographic protocols based on the transmission of weak coherent states and present a system, based on a symbiosis of two existing systems, for which the information available to the eavesdropper is significantly reduced. This system is therefore safer than the two previous ones. We also suggest a possible experimental implementation.

Secure key distribution among two remote parties is impossible when both are classical, unless some unproven computation-complexity assumptions are made, such as the difficulty of factorizing large numbers. On the other hand, a secure key distribution is possible when both parties are quantum. What is possible when only one party (Alice) is quantum, yet the other (Bob) has only classical capabilities? We present a protocol with this constraint and prove its robustness against attacks: we prove that any attempt of an adversary to obtain information necessarily induces some errors that the legitimate users could notice.

Secure key distribution between two remote parties is impossible when both are classical, unless some unproven (and arguably unrealistic) computation-complexity assumptions are made, such as the difficulty of factorizing large numbers. On the other hand, a secure key distribution is possible when both parties are quantum. What is possible when only one party (Alice) is quantum, yet the other (Bob) has only classical capabilities? Recently, a semiquantum key distribution protocol was presented [M. Boyer, D. Kenigsberg, and T. Mor, Phys. Rev. Lett. 99, 140501 (2007)], in which one of the parties (Bob) is classical, and yet, the protocol is proven to be completely robust against an eavesdropping attempt. Here we extend that result much further. We present two protocols with this constraint and prove their complete robustness against attacks: we prove that any attempt of an adversary to obtain information (and even a tiny amount of information) necessarily induces some errors that the legitimate parties could notice. One protocol presented here is identical to the one referred to above; however, its robustness is proven here in a much more general scenario. The other protocol is very different as it is based on randomization.

Background The evolutionary pathway of tRNA established the linking of the genetic code and protein synthesis, thus, revealing the characteristics of the prebiotic tRNA is crucial for presenting a feasible scenario for the emergence of life.Results Analysis of bacterial tRNA sequences reveals that for nine amino acids, mostly those considered to be the most ancient ones, the acceptor-TΨC arm carries cognate coding triplets far beyond statistical expectation. The contemporary determinants for the recognition of tRNAs and minihelices by the cognate synthetases and by EF-Tu, are part of these conserved triplets. We also find a strong correlation between the extent of the coding triplet conservation and amino acids whose contemporary synthetases belong to class IIa.Conclusions Identification of conserved coding triplets within the tRNA acceptor-TΨC stem, along with the analysis of their distinctive layout, is suggestive of a continuous evolutionary path that could have led to the appearance of the early translation system.* aa : - amino acid aaRS : - aminoacyl-tRNA synthetase AC : - anticodon C/AC : – codon and/or anticodon triplet Pre-3’end : – 10 mer string preceding the tRNA 3’end