論文の概要: A Quantum Key Distribution Testbed using a Plug&Play Telecom-wavelength
Single-Photon Source
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2105.03473v2
- Date: Wed, 5 Jan 2022 19:17:08 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-01 05:27:59.083317
- Title: A Quantum Key Distribution Testbed using a Plug&Play Telecom-wavelength
Single-Photon Source
- Title(参考訳): Plug&Play テレコム波長単一光線源を用いた量子鍵分布試験
- Authors: Timm Gao, Lucas Rickert, Felix Urban, Jan Gro{\ss}e, Nicole Srocka,
Sven Rodt, Anna Musia{\l}, Kinga \.Zo{\l}nacz, Pawe{\l} Mergo, Kamil Dybka,
Wac{\l}aw Urba\'nczyk, Grzegorz S\k{e}k, Sven Burger, Stephan Reitzenstein,
and Tobias Heindel
- Abstract要約: テレコム波長で動作する小型のベンチトップ量子ドット単一光子源を用いた第1量子鍵分布(QKD)テストベッドについて報告する。
プラグアンドプレイ装置は、Oバンド波長で単一光子パルスを出力し、小型スターリング冷凍機に統合された決定論的にファブリックされた量子ドットデバイスに基づいている。
我々の研究は、サブポアソン量子光源を利用したファイバーベースの量子セキュア通信ネットワークの開発における重要な一歩である。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Deterministic solid-state quantum light sources are considered key building
blocks for future communication networks. While several proof-of-principle
experiments of quantum communication using such sources have been realized,
most of them required large setups often involving liquid helium infrastructure
or bulky closed-cycle cryotechnology. In this work, we report on the first
quantum key distribution (QKD) testbed using a compact benchtop quantum dot
single-photon source operating at telecom wavelengths. The plug\&play device
emits single-photon pulses at O-band wavelengths ($1321\,$nm) and is based on a
directly fiber-pigtailed deterministically-fabricated quantum dot device
integrated into a compact Stirling cryocooler. The Stirling is housed in a
19-inch rack module including all accessories required for stand-alone
operation. Implemented in a simple QKD testbed emulating the BB84 protocol with
polarization coding, we achieve an antibunching of $g^{(2)}(0) = 0.10\pm0.01$
and a raw key rate of up to $(4.72\pm0.13)\,$kHz using an external pump laser.
In this setting, we further evaluate the performance of our source in terms of
the quantum bit error ratios, secure key rates, and tolerable losses expected
in full implementations of QKD also accounting for finite key size effects.
Furthermore, we investigate optimal settings for a two-dimensional temporal
acceptance window applied on receiver side, resulting in predicted tolerable
losses up to $23.19\,$dB. Not least, we compare our results with previous
proof-of-concept QKD experiments using quantum dot single-photon sources. Our
study represents an important step forward in the development of fiber-based
quantum-secured communication networks exploiting sub-Poissonian quantum light
sources.
- Abstract(参考訳): 決定論的固体量子光源は将来の通信ネットワークの重要な構成要素と考えられている。
このような源を用いた量子通信の実証実験がいくつか行われているが、そのほとんどは液体ヘリウムインフラや密閉サイクル冷凍技術を含む大規模な装置を必要とした。
本稿では,通信波長で動作する小型ベンチトップ量子ドット単一光子源を用いた最初の量子鍵分布(qkd)について報告する。
このプラグ・アンド・プレイ装置は、Oバンド波長(1321\,$nm)で単一光子パルスを出力し、小型のスターリング冷凍機に組み込まれた直接ファイバ・ピグテールの量子ドットデバイスに基づいている。
スターリングは19インチラックモジュールに収納され、スタンドアローン操作に必要なすべてのアクセサリを含む。
偏極符号化でbb84プロトコルをエミュレートする簡単なqkdテストベッドで実装し、外部ポンプレーザーを用いて、$g^{(2)}(0) = 0.10\pm0.01$ と raw key rate (4.72\pm0.13)\,$khz を実現した。
そこで本研究では,QKDの完全実装において期待される量子ビット誤り率,セキュアな鍵レート,許容可能な損失の両面から,情報源の性能をさらに評価する。
さらに,受信側に適用した2次元時空受入窓の最適設定について検討し,最大23.19\,$dbの許容損失を予測した。
特に,量子ドット単一光子源を用いた概念実証QKD実験との比較を行った。
本研究は,サブポアソニアン量子光源を利用したファイバベースの量子セキュア通信ネットワークの開発において重要な一歩である。
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