論文の概要: Satellite Relayed Global Quantum Communication without Quantum Memory
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.12421v1
- Date: Wed, 21 Jun 2023 17:59:36 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-22 12:30:01.783777
- Title: Satellite Relayed Global Quantum Communication without Quantum Memory
- Title（参考訳）: 衛星中継による量子メモリのないグローバル量子通信
- Authors: Sumit Goswami, Sayandip Dhara
- Abstract要約: 遠距離でも光子損失を軽減するための提案を提案する。
この提案では、光子は軌道上を周回する低軌道衛星の連鎖を用いて直接宇宙へ送られる。
他の損失が各衛星で2%に制限された場合、総損失は20,000kmで30dB未満と推定される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Photon loss is the fundamental issue toward the development of quantum
communication. We present a proposal to mitigate photon loss even at large
distances and hence to create a global-scale quantum communication
architecture. In this proposal, photons are sent directly through space, using
a chain of co-moving low-earth orbit satellites. This satellite chain would
bend the photons to move along the earth's curvature and control photon loss
due to diffraction by effectively behaving like a set of lenses on an optical
table. Numerical modeling of photon propagation through these "satellite
lenses" shows that diffraction loss in entanglement distribution can be almost
eliminated even at global distances of 20,000 km while considering beam
truncation at each satellite and the effect of different errors. In the absence
of diffraction loss, the effect of other losses (especially reflection loss)
becomes important and they are investigated in detail. The total loss is
estimated to be less than 30 dB at 20,000 km if other losses are constrained to
2% at each satellite, with 120 km satellite separation and 60 cm diameter
satellite telescopes eliminating diffraction loss. Such low-loss
satellite-based optical-relay protocol would enable robust, multi-mode global
quantum communication and wouldn't require either quantum memories or repeater
protocol. The protocol can also be the least lossy in almost all distance
ranges available (200 - 20,000 km). Recent advances in space technologies may
soon enable affordable launch facilities for such a satellite-relay network. We
further introduce the "qubit transmission" protocol which has a plethora of
advantages with both the photon source and the detector remaining on the
ground. A specific lens setup was designed for the "qubit transmission"
protocol which performed well in simulation that included atmospheric
turbulence in the satellite uplink.
- Abstract（参考訳）: 光子損失は量子通信の発展における根本的な問題である。
本稿では,光子損失を遠方でも軽減し,グローバルな量子通信アーキテクチャを構築することを提案する。
この提案では、光子は共動する低軌道衛星の連鎖を用いて、直接宇宙に送られる。
このサテライトチェーンは、光子を曲げて地球の曲率に沿って動き、回折による光子損失を制御し、光学テーブル上のレンズのように効果的に振る舞う。
これらの「衛星レンズ」による光子伝播の数値モデリングは、各衛星におけるビーム切断と異なる誤差の影響を考慮して、2万kmの距離でも、絡み合い分布の回折損失をほぼ排除できることを示した。
回折損失がない場合には、他の損失(特に反射損失)の影響が重要となり、詳細に研究される。
総損失は2万kmで30dB未満と推定され、他の損失が各衛星で2%に制限され、120kmの衛星分離と60cmの衛星望遠鏡が回折損失を排除している。
このような低損失衛星ベースの光リレープロトコルは、堅牢でマルチモードのグローバル量子通信を可能にし、量子メモリやリピータプロトコルは必要としない。
このプロトコルは、ほぼすべての距離範囲(200 - 20,000 km)で最小の損失となることもある。
近年の宇宙技術の進歩により、衛星中継ネットワークの打ち上げ施設が手頃な価格になる可能性がある。
さらに, 地上に残されている光子源と検出器の両方に対して, 長大なアドバンテージを持つ "qubit transmission" プロトコルについても紹介する。
特定のレンズの設定は、衛星アップリンクの大気乱流を含むシミュレーションでうまく機能する「量子伝送」プロトコルのために設計された。
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