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

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.04599v2
• Date: Wed, 1 Nov 2023 21:54:56 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-11-03 17:35:25.234978
• 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: 量子鍵分布は、量子コンピュータ攻撃に対する保護を提供する。 長距離伝送は、光チャネルにおける必須信号減衰が約100kmの距離で発生するため、問題となる。 本稿では1079km以上の量子鍵分布が可能なTQ-QKDプロトコルの実験実験について述べる。
• 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 offers guaranteed protection against such attacks via quantum key distribution (QKD). Yet, long-distance transmission is problematic since the essential signal decay in optical channels occurs at a distance of about a hundred kilometers. We propose to resolve this problem by a QKD protocol, further referred to as the Terra Quantum QKD protocol (TQ-QKD protocol). In our protocol, we use 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 the chosen pulse intensity only a few photons could go outside the channel even at distances of about a hundred meters. As a result, an eavesdropper will not be able to efficiently utilize the lost part of the signal. The central component of the TQ-QKD protocol is the end-to-end loss control of the fiber-optic communication line since optical losses can in principle be used by the eavesdropper to obtain the transmitted information. However, our control precision is such that if the degree of the leak is below the detectable level, then the leaking states are quantum since they contain only a few photons. Therefore, available to the eavesdropper parts of the bit encoding states representing `0' and `1' are nearly indistinguishable. Our work presents the experimental demonstration of the TQ-QKD protocol allowing quantum key distribution over 1079 kilometers. Further refining the quality of the scheme's components will 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。 驚くべきことに、量子コンピュータを囲むのと同じ量子力学は、量子鍵分布(qkd)を介してそのような攻撃に対して保証された保護を提供する。 しかし、光チャネルにおける必須信号減衰は約100kmの距離で発生するため、長距離伝送は問題となる。 本稿では、テラ量子QKDプロトコル(TQ-QKDプロトコル)と呼ばれるQKDプロトコルを用いてこの問題を解決することを提案する。 提案プロトコルでは,光子パルスの変換にエルビウム増幅器を用いたランダムビット符号化に十分な光子を含む半古典パルスを用い,同時に,選択したパルス強度において,100m程度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。 TQ-QKDプロトコルの中心的なコンポーネントは、光損失を盗聴者が原則として使用して送信された情報を得るため、光通信回線のエンドツーエンドの損失制御である。 しかし、我々の制御精度は、漏れの度合いが検出可能なレベル以下であれば、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1079km以上の量子鍵分布が可能なTQ-QKDプロトコルの実験実験である。 さらに、スキームの部品の品質を精錬し、到達可能な伝送距離を広げる。 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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