論文の概要: Experimental demonstration of scalable quantum key distribution over a thousand kilometers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.04599v1
• Date: Wed, 7 Jun 2023 16:58:52 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-08 13:13:09.869431
• Title: Experimental demonstration of scalable quantum key distribution over a thousand kilometers
• Title（参考訳）: 数千kmにわたるスケーラブル量子鍵分布の実験的実証
• Authors: A. Aliev, V. Statiev, I. Zarubin, N. Kirsanov, D. Strizhak, A. Bezruchenko, A. Osicheva, A. Smirnov, M. Yarovikov, A. Kodukhov, V. Pastushenko, M. Pflitsch, V. Vinokur
• Abstract要約: 量子鍵分散(QKD)プロトコルは、量子コンピュータ攻撃に対する保護を提供する。 光チャネルの信号減衰は約100kmの距離で発生するので、長距離伝送は問題となる。 本稿では,TQ-QKDプロトコルが1032km以上でセキュアな通信を実現するための実験的実現法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Secure communication over long distances is one of the major problems of modern informatics. Classical transmissions are recognized to be vulnerable to quantum computer attacks. Remarkably, the same quantum mechanics that engenders quantum computers offer guaranteed protection against these attacks via a quantum key distribution (QKD) protocol. Yet, long-distance transmission is problematic since the signal decay in optical channels occurs at distances of about a hundred kilometers. We resolve this problem by creating a QKD protocol, further referred to as the Terra Quantum QKD protocol (TQ-QKD protocol), using semiclassical pulses containing enough photons for random bit encoding and exploiting erbium amplifiers to retranslate photon pulses and, at the same time, ensuring that at this intensity only a few photons could go outside the channel even at distances about hundred meters. As a result, an eavesdropper will not be able to efficiently utilize the lost part of the signal. A central TQ-QKD protocol's component is the end-to-end control over losses in the transmission channel which, in principle, could allow an eavesdropper to obtain the transmitted information. However, our control precision is such that if the degree of the leak falls below the control border, then the leaking states are quantum since they contain only a few photons. Therefore, available to an eavesdropper parts of the bit encoding states representing `0' and `1' are nearly indistinguishable. Our work presents the experimental realization of the TQ-QKD protocol ensuring secure communication over 1032 kilometers. Moreover, further refining the quality of the scheme's components will greatly expand the attainable transmission distances. This paves the way for creating a secure global QKD network in the upcoming years.
• Abstract（参考訳）: 長距離通信は現代の情報学の主要な問題の一つである。 古典的な送信は量子コンピュータ攻撃に弱いと認識されている。 注目すべきは、量子コンピュータをエンゲージするのと同じ量子力学が、量子鍵分布(QKD)プロトコルを介してこれらの攻撃に対して保証された保護を提供することである。 しかし、光チャネルの信号減衰は、約100kmの距離で起こるため、長距離伝送は問題となる。 この問題を解決するために、テラ量子QKDプロトコル(TQ-QKDプロトコル)と呼ばれるQKDプロトコルを作成し、ランダムなビットエンコーディングに十分な光子を含む半古典的なパルスを使用し、エルビウム増幅器を用いて光子パルスを再翻訳すると同時に、この強度で約100メートルの距離でも数個の光子がチャネル外へ移動できることを保証する。 その結果、盗聴器は信号の失われた部分を効率的に利用できない。 中央のTQ-QKDプロトコルのコンポーネントは、送信チャネルの損失に対するエンドツーエンドの制御であり、原則として、盗聴者が送信された情報を得ることを可能にする。 しかし、我々の制御精度は、漏れの度合いが制御境界より下にある場合、リーク状態は数個の光子しか含まないため量子である。 したがって、 `0' と `1' を表すビット符号化状態の盗聴者部分には、ほとんど区別がつかない。 本研究は,TQ-QKDプロトコルが1032km以上でセキュアな通信を実現することを実証するものである。 さらに、構成部品の品質をさらに洗練することで、到達可能な伝送距離を大きく拡大する。 これは今後数年間でセキュアなグローバルQKDネットワークを構築するための道を開くものだ。

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