論文の概要: The ideal wavelength for daylight free-space quantum key distribution

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.02106v2
• Date: Tue, 12 Sep 2023 13:03:38 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-09-13 17:29:58.082464
• Title: The ideal wavelength for daylight free-space quantum key distribution
• Title（参考訳）: 日光自由空間量子鍵分布の理想的な波長
• Authors: Mostafa Abasifard, Chanaprom Cholsuk, Roberto G. Pousa, Anand Kumar, Ashkan Zand, Thomas Riel, Daniel K. L. Oi, Tobias Vogl
• Abstract要約: 我々は、異なる量子光源のための衛星間量子チャネルをモデル化し、環境条件下での自由空間QKDの最適波長を同定する。 この結果は屋上から屋根までのシナリオに適用でき、そのため近未来の量子ネットワークに関係している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 35.310629519009204
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum key distribution (QKD) has matured in recent years from laboratory proof-of-principle demonstrations to commercially available systems. One of the major bottlenecks is the limited communication distance in fiber networks due to the exponential signal damping. To bridge intercontinental distances, low Earth orbit satellites transmitting the quantum signals over the atmosphere can be used. These free-space links, however, can only operate during the night, as the sunlight otherwise saturates the detectors used to measure the quantum states. For applying QKD in a global quantum internet with continuous availability and high data rates, operation during daylight is required. In this work, we model a satellite-to-ground quantum channel for different quantum light sources to identify the optimal wavelength for free-space QKD in ambient conditions. Daylight quantum communication is possible within the Fraunhofer lines or in the near-infrared spectrum, where the intrinsic background from the sun is comparably low. The highest annual secret key length considering the finite key effect is achievable at the H\textalpha\ Fraunhofer line. More importantly, we provide the full model that can be adapted in general to any other specific link scenario. We also propose a true single-photon source based on a color center in hexagonal boron nitride coupled to a microresonator that can implement such a scheme. Our results can also be applied in roof-to-roof scenarios and are therefore relevant for near-future quantum networks.
• Abstract（参考訳）: 量子鍵分布(QKD)は近年,実証実験から市販システムまで成熟している。 主なボトルネックの1つは、指数的な信号減衰によるファイバーネットワークの通信距離の制限である。 大陸間距離の橋渡しには、大気上で量子信号を伝達する低軌道衛星を用いることができる。 しかし、これらの自由空間リンクは、日光が量子状態を測定するために使われる検出器を飽和させるため、夜間にしか動作できない。 連続的な可用性と高いデータレートを備えたグローバル量子インターネットにおけるQKDの適用には、日中操作が必要である。 本研究では,様々な量子光源に対する衛星対地量子チャネルをモデル化し,環境条件下で自由空間qkdの最適波長を同定する。 日中の量子通信はフラウンホーファー線または近赤外線スペクトル内で可能であり、太陽からの固有背景は両立できるほど低い。 有限鍵効果を考慮した年間最高秘密鍵長は、h\textalpha\ fraunhofer 線で達成可能である。 さらに重要なことは、他の特定のリンクシナリオに一般的に適応できる完全なモデルを提供します。 また, 六方晶窒化ホウ素の色中心をマイクロ共振器に結合した単一光子源を提案する。 我々の結果は屋上から屋根までのシナリオにも適用でき、そのため近未来の量子ネットワークに関係している。

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