論文の概要: Silicon-based decoder for polarization-encoding quantum key distribution

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.04019v1
• Date: Thu, 8 Dec 2022 00:47:43 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-09 17:03:30.147161
• Title: Silicon-based decoder for polarization-encoding quantum key distribution
• Title（参考訳）: 分極符号化量子鍵分布のためのシリコンデコーダ
• Authors: Yongqiang Du, Xun Zhu, Xin Hua, Zhengeng Zhao, Xiao Hu, Yi Qian, Xi Xiao, and Kejin Wei
• Abstract要約: シリコンベースの分極符号化量子鍵分布(QKD)は、その低コストと堅牢性のために広く研究されている。 本稿では、偏光符号化QKDのための完全チップベースのデコーダを提案する。 平均量子ビット誤り率0.56%$は、偏光フィードバックなしで10時間連続演算によって達成された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 14.746082911849474
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Silicon-based polarization-encoding quantum key distribution (QKD) has been widely studied, owing to its low cost and robustness. However, prior studies have utilized off-chip devices to demodulate the quantum states or perform polarization compensation, given the difficulty of fabricating polarized independent components on the chip. In this paper, we propose a fully chip-based decoder for polarization-encoding QKD. The chip realizes a polarization state analyzer and compensates for the BB84 protocol without requiring additional hardware. It is based on a polarization-to-path conversion method that uses a polarization splitter-rotator. The chip was fabricated using a standard silicon photonics foundry; it has a compact design and is suitable for mass production. In the experimental stability test, an average quantum bit error rate of $0.56\%$ was achieved through continuous operation for 10 h without any polarization feedback. Furthermore, using the developed feedback algorithm, the chip enabled the automatic compensation of the fiber polarization drift, which was emulated by a random fiber polarization scrambler. In the case of the QKD demonstration, we obtained a finite-key secret rate of 240 bps over a fiber spool of 100 km. This study represents an important step toward the integrated, practical, and large-scale deployment of QKD systems.
• Abstract（参考訳）: シリコンベースの偏光エンコード量子鍵分布(qkd)は、その低コストとロバスト性から広く研究されている。 しかし、以前の研究では、チップ上の偏光独立成分の製造が困難であるため、オフチップデバイスを使用して量子状態の復調や偏光補償を行っている。 本稿では,偏光エンコードqkdのための完全チップベースデコーダを提案する。 チップは偏光状態解析装置を実現し、追加のハードウェアを必要とせずにbb84プロトコルを補償する。 偏光スプリッタ回転子を用いた偏光-パス変換法に基づいている。 チップは標準のシリコンフォトニクスファクトリーを使用して製造され、コンパクトな設計で大量生産に適している。 実験安定性試験では, 偏光フィードバックを伴わずに10時間連続動作を行い, 平均量子ビット誤り率0.56\%$を得た。 さらに、開発したフィードバックアルゴリズムにより、ランダムファイバ偏光スクランブラーによりエミュレートされたファイバ偏光ドリフトの自動補償が可能となった。 QKD実験では,100kmの繊維スプール上で240bpsの有限鍵シークレットレートを得た。 本研究は,QKDシステムの統合的,実用的,大規模展開に向けた重要なステップである。

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