論文の概要: End-to-End Demonstration for CubeSatellite Quantum Key Distribution
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.02002v2
- Date: Tue, 2 Apr 2024 14:43:26 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-04 12:03:39.746331
- Title: End-to-End Demonstration for CubeSatellite Quantum Key Distribution
- Title（参考訳）: 立方体サテライト量子鍵分布の終端デモ
- Authors: Peide Zhang, Jaya Sagar, Elliott Hastings, Milan Stefko, Siddarth Joshi, John Rarity,
- Abstract要約: 小型ナノサテライトを用いた衛星ベースの量子鍵交換の実現可能性について検討する。
本稿では,キューブ衛星シナリオを対象としたシステムレベルの量子鍵分布の最初のプロトタイプを示す。
- 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: Quantum key distribution (QKD) provides a method of ensuring security using the laws of physics, avoiding the risks inherent in cryptosystems protected by computational complexity. Here we investigate the feasibility of satellite-based quantum key exchange using low-cost compact nano-satellites. This paper demonstrates the first prototype of system level quantum key distribution aimed at the Cube satellite scenario. It consists of a transmitter payload, a ground receiver and simulated free space channel to verify the timing and synchronisation (T&S) scheme designed for QKD and the required high loss tolerance of both QKD and T&S channels. The transmitter is designed to be deployed on various up-coming nano-satellite missions in the UK and internationally. The effects of channel loss, background noise, gate width and mean photon number on the secure key rate (SKR) and quantum bit error rate (QBER) are discussed. We also analyse the source of QBER and establish the relationship between effective signal noise ratio (ESNR) and noise level, signal strength, gating window and other parameters as a reference for SKR optimization. The experiment shows that it can tolerate the 40 dB loss expected in space to ground QKD and with small adjustment decoy states can be achieved. The discussion offers valuable insight not only for the design and optimization of miniature low-cost satellite-based QKD systems but also any other short or long range free space QKD on the ground or in the air.
- Abstract（参考訳）: 量子鍵分布(QKD)は、物理法則を用いてセキュリティを確保する方法を提供し、計算複雑性によって保護される暗号システムに固有のリスクを避ける。
本稿では,小型ナノサテライトを用いた衛星ベースの量子鍵交換の実現可能性について検討する。
本稿では,キューブ衛星シナリオを対象としたシステムレベルの量子鍵分布の最初のプロトタイプを示す。
送信機ペイロードと地上受信機と模擬自由空間チャネルで構成され、QKD用に設計されたタイミングと同期(T&S)スキームと、QKDとT&Sチャネルの両方の高損失耐性を検証している。
この送信機は、英国と海外で予定される様々なナノ衛星のミッションに配備されるように設計されている。
セキュア鍵レート (SKR) と量子ビット誤りレート (QBER) に対するチャネル損失, 背景雑音, ゲート幅, 平均光子数の影響について検討した。
また、QBERの音源を分析し、SKR最適化の基準として、有効信号雑音比(ESNR)と雑音レベル、信号強度、ゲーティングウィンドウ、その他のパラメータの関係を確立する。
実験により、宇宙空間で期待される40dBの損失を地上QKDに許容し、小さな調整のデコイ状態が達成できることが示されている。
この議論は、小型の低コスト衛星ベースのQKDシステムの設計と最適化だけでなく、地上または空中の他の短距離または長距離自由空間QKDに対しても貴重な洞察を与える。
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