論文の概要: Airborne Quantum Key Distribution with Boundary Layer Effects
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.08188v1
- Date: Wed, 18 Aug 2021 15:06:10 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-18 03:28:09.038472
- Title: Airborne Quantum Key Distribution with Boundary Layer Effects
- Title（参考訳）: 境界層効果を考慮した空中量子キー分布
- Authors: Hui-Cun Yu, Bang-Ying Tang, Huan Chen, Yang Xue, Jie Tang, Wan-Rong
Yu, Bo Liu and Lei Shi
- Abstract要約: Airborne quantum key distribution (QKD)は、モバイル、オンデマンド、リアルタイムの量子ネットワークを確立するための効率的なソリューションである。
従来の空中QKDの実装は、大気の乱流と分子散乱の影響のみを考慮していたが、境界層効果を無視した。
境界層効果を有する航空機搭載QKDの詳細な性能評価手法を提案し,光子送信効率,量子ビット誤り率,最終安全鍵レートを推定する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 14.392474756222706
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Airborne quantum key distribution (QKD) is now becoming a flexible bond
between terrestrial fiber and satellite, which is an efficient solution to
establish a mobile, on-demand, and real-time coverage quantum network.
Furthermore, When the aircraft is flying at a high speed, usually larger than
0.3 Ma, the produced boundary layer will impair the performance of
aircraft-based QKD. The boundary layer would introduce random wavefront
aberration, jitter and extra intensity attenuation to the transmitted photons.
However, previous airborne QKD implementations only considered the influences
from atmospheric turbulence and molecular scattering, but ignored the boundary
layer effects. In this article, we propose a detailed performance evaluation
scheme of airborne QKD with boundary layer effects and estimate the overall
photon transmission efficiency, quantum bit error rate and final secure key
rate. Through simulations and modeling, in our proposed airborne QKD scenario,
the boundary layer would introduce 3.5dB loss to the transmitted photons and
decrease 70.7% of the secure key rate, which shows that the aero-optical
effects caused by the boundary layer can not be ignored. With tolerated quantum
bit error rate set to 10%, the suggested quantum communication azimuth angle
between the aircraft and the ground station is within 60 degrees. Moreover, the
optimal beacon laser module and adaptive optics module are suggested to be
employed to improve the performance of airborne QKD system. Our detailed
airborne QKD evaluation study can be performed to the future airborne quantum
communication designs.
- Abstract（参考訳）: 空中量子鍵分布(qkd)は現在、地上のファイバーと衛星の間の柔軟な結合となり、モバイル、オンデマンド、リアルタイムの量子ネットワークを確立するための効率的なソリューションとなっている。
さらに、航空機が0.3Ma以上の高速飛行を行う場合、生産された境界層は航空機ベースのQKDの性能を損なう。
境界層はランダム波面収差、ジッタおよび余分な強度減衰を透過光子に導入する。
しかし、従来の空中QKDの実装は大気の乱流と分子散乱の影響のみを考慮していたが、境界層効果は無視された。
本稿では,境界層効果を有する空力qkdの詳細な性能評価手法を提案し,光子伝送効率,量子ビット誤り率,最終的な安全な鍵レートを推定する。
シミュレーションとモデリングにより, 提案した航空機搭載QKDシナリオにおいて, 境界層は透過光子に3.5dBの損失をもたらし, 鍵レートの70.7%を低下させ, 境界層による空中光学効果を無視できないことを示す。
許容量子ビット誤り率を10%とすると、提案される航空機と地上局の間の量子通信方位角は60度以内となる。
さらに, 最適ビーコンレーザモジュールと適応光学モジュールを用いて, 航空機搭載QKDシステムの性能向上を図っている。
本研究は,将来,航空機の量子通信設計におけるQKDの評価を行うことができる。
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