論文の概要: Performance Analysis of Quantum Key Distribution in Underwater Channels
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.11493v1
- Date: Sat, 20 Aug 2022 15:25:39 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-30 09:37:06.427278
- Title: Performance Analysis of Quantum Key Distribution in Underwater Channels
- Title（参考訳）: 水中チャネルにおける量子鍵分布の性能解析
- Authors: Amir Hossein Fahim Raouf
- Abstract要約: 水中チャネルで経験した吸収、散乱、乱流は、量子通信リンクの範囲を著しく制限する。
この論文の前半では、水中チャネルにおけるよく知られたBB84プロトコルの量子ビット誤り率(QBER)と秘密鍵レート(SKR)の性能を分析した。
この論文の第2部では、範囲制限を克服する潜在的な解決策として、マルチホップ水中QKDについて検討する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The current literature on quantum key distribution (QKD) is mainly limited to
the transmissions over fiber optic, atmospheric or satellite links and are not
directly applicable to underwater environments with different channel
characteristics. Absorption, scattering, and turbulence experienced in
underwater channels severely limit the range of quantum communication links. In
the first part of this thesis, we analyze the quantum bit error rate (QBER) and
secret key rate (SKR) performance of the well-known BB84 protocol in underwater
channels. As path loss model, we consider a modified version of Beer-Lambert
formula which takes into account the effect of scattering. We derive a
closed-form expression for the wave structure function to determine the average
power transfer over turbulent underwater path and use this to obtain an upper
bound on QBER as well as a lower bound on SKR. In the second part of this
thesis, as a potential solution to overcome range limitations, we investigate a
multi-hop underwater QKD where intermediate nodes between the source and
destination nodes help the key distribution. We consider the deployment of
passive relays which simply redirect the qubits to the next relay node or the
receiver without any measurement. Based on the near-field analysis, we present
the performance of relay-assisted QKD scheme in terms of QBER and SKR in
different water types and turbulence conditions. In the last part of this
thesis, we investigate the fundamental performance limits of decoy BB84
protocol over turbulent underwater channels and provide a comprehensive
performance characterization. Based on near field analysis, we utilize the wave
structure function to determine the average power transfer over turbulent
underwater path and use this to obtain a lower bound on key generation rate.
Based on this bound, we present the performance of decoy BB84 protocol in
different water type.
- Abstract（参考訳）: 量子鍵分布(QKD)に関する現在の文献は、主に光ファイバー、大気、衛星リンク上の伝送に限られており、異なるチャネル特性を持つ水中環境には直接適用できない。
水中チャネルで経験した吸収、散乱、乱流は、量子通信リンクの範囲を著しく制限する。
この論文の前半では、水中チャネルにおけるよく知られたBB84プロトコルの量子ビット誤り率(QBER)と秘密鍵レート(SKR)の性能を分析した。
経路損失モデルとして,散乱の影響を考慮したBeer-Lambert式の改良版を考える。
波動構造関数のクローズドフォーム式を導出し、乱流水中経路上の平均電力移動を決定、これを用いてQBER上の上界とSKR上の下界を得る。
この論文の第2部では、範囲制限を克服する潜在的な解決策として、ソースノードと宛先ノードの間の中間ノードが鍵分布を助けるマルチホップ水中QKDについて検討する。
我々は、キュービットを測定せずに次の中継ノードや受信機にリダイレクトするパッシブリレーの配置を検討する。
近接場解析に基づいて,異なる水型および乱流条件下でのQBERおよびSKRの観点から,リレー支援QKD方式の性能を示す。
本論文の最後段では,乱流水中チャネル上でのdecoy bb84プロトコルの性能限界について検討し,包括的な性能評価を行う。
近接場解析に基づいて,波動構造関数を用いて乱流水中経路上の平均電力伝達量を推定し,これを用いて鍵発生率の低い値を求める。
本報告では, BB84プロトコルの異なる水系における性能について述べる。
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