論文の概要: Polarization correction towards satellite-based QKD without an active
feedback
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.09124v1
- Date: Fri, 19 Aug 2022 02:20:38 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-30 12:16:47.606950
- Title: Polarization correction towards satellite-based QKD without an active
feedback
- Title（参考訳）: アクティブフィードバックのない衛星QKDに向けた偏光補正
- Authors: Sourav Chatterjee, Kaumudibikash Goswami, Rishab Chatterjee, Urbasi
Sinha
- Abstract要約: 量子鍵分散(QKD)は、2つのパーティがセキュアな鍵文字列を共有できるようにする暗号プロトコルである。
QKDプロトコルの長期的フォトニック実装への関心が高まっている。
出力密度行列を再構成するために,まず状態トモグラフィーを行う方法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.5438676149999075
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum key distribution (QKD) is a cryptographic protocol to enable two
parties to share a secure key string, which can be used in one-time pad
cryptosystem. There has been an ongoing surge of interest in implementing
long-haul photonic-implementation of QKD protocols. However, the endeavour is
challenging in many aspects. In particular, one of the major challenges is the
polarization degree of freedom of single-photons getting affected while
transmission through optical fibres, or atmospheric turbulence. Conventionally,
an active feedback-based mechanism is employed to achieve real-time
polarization tracking. In this work, we propose an alternative approach where
we first perform a state tomography to reconstruct the output density matrix.
We then evaluate the optimal measurement bases at Bob's end that leads to the
maximum (anti-)correlation in the measurement outcomes of both parties. As a
proof-of-principle demonstration, we implement an in-lab BBM92 protocol -- a
particular variant of a QKD protocol using quantum entanglement as a resource
-- to exemplify the performance of our technique. We experimentally generate
polarization-entangled photon pairs having $94\%$ fidelity with $\ket{\psi}_1 =
1/\sqrt{2}\,(\ket{HV}+\ket{VH})$ state and a concurrence of $0.92$. By
considering a representative 1 ns coincidence window span, we are able to
achieve a quantum-bit-error-rate (QBER) of $\approx 5\%$, and a key rate of
$\approx 35$ Kbps. The protocol performance is independent of local
polarization rotations through optical fibres. We also develop an algorithmic
approach to optimize the trade-off between the key rate and QBER. Our approach
obviates the need for active polarization tracking. Our method is also
applicable to entanglement-based QKD demonstrations using partially mixed as
well as non-maximally entangled states, and extends to single-photon
implementations over fibre channels.
- Abstract（参考訳）: 量子鍵分散(QKD)は、2つのパーティがセキュアな鍵文字列を共有できるようにする暗号プロトコルである。
QKDプロトコルの長期的フォトニック実装への関心が高まっている。
しかし、その努力は多くの点で困難である。
特に大きな課題の1つは、単一光子の偏光度が光ファイバーや大気乱流を通して伝達されるときに影響を受けることである。
従来,実時間偏光追跡を実現するためにアクティブフィードバックに基づく機構が用いられる。
本研究では,まず,出力密度行列を再構成するための状態トモグラフィーを行う方法を提案する。
次に,両当事者の計測結果の最大(反)相関につながるボブ端の最適測定基準を評価する。
実証実験として,量子エンタングルメントをリソースとして用いたQKDプロトコルの特定の変種であるBBM92プロトコルを実装し,その性能を実証する。
偏光エンタングル光子対を実験的に生成し,$\ket{\psi}_1 = 1/\sqrt{2}\,(\ket{hv}+\ket{vh})$状態と$0.92$の共起値を持つ。
1 ns の一致窓幅を考えることで、量子ビットエラーレート (QBER) の$\approx 5\%$、キーレートの $\approx 35$ Kbps を達成することができる。
プロトコル性能は光ファイバーによる局所偏光回転とは無関係である。
また,鍵レートとqberのトレードオフを最適化するアルゴリズム手法を開発した。
我々のアプローチは、アクティブな偏光追跡の必要性を緩和する。
本手法は, 半混合および非最大絡み合い状態を用いた絡み合いベースのqkdデモにも適用でき, ファイバーチャネル上の単一光子実装にも拡張できる。
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