論文の概要: Integrated distributed sensing and quantum communication networks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.12602v1
- Date: Tue, 19 Mar 2024 10:12:30 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-20 14:33:18.699687
- Title: Integrated distributed sensing and quantum communication networks
- Title（参考訳）: 統合分散センシングと量子通信ネットワーク
- Authors: Yuehan Xu, Tao Wang, Peng Huang, Guihua Zeng,
- Abstract要約: 光ファイバーを用いた統合センシング・通信(ISAC)システムは、都市構造イメージング、地震波検出、パイプライン安全監視など、様々な機能を実現することができる。
本稿では、複数のノード間のセキュアな鍵分布と、標準量子限界下での分散センシングを実現するための、ISAQN(Integrated Sensentration and Quantum Network)方式を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.7922744779403015
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The integration of sensing and communication can achieve ubiquitous sensing while enabling ubiquitous communication. Within the gradually improving global communication, the integrated sensing and communication (ISAC) system based on optical fibers can accomplish various functionalities, such as urban structure imaging, seismic wave detection, and pipeline safety monitoring. With the development of quantum communication, quantum networks based on optical fiber are gradually being established. In this paper, we propose an integrated sensing and quantum network (ISAQN) scheme, which can achieve secure key distribution among multiple nodes and distributed sensing under the standard quantum limit. CV-QKD protocol and the round-trip multi-band structure are adopted to achieve the multi-node secure key distribution. Meanwhile, the spectrum phase monitoring (SPM) protocol is proposed to realize distributed sensing. It determines which node is vibrating by monitoring the frequency spectrum and restores the vibration waveform by monitoring the phase change. The scheme is experimentally demonstrated by simulating the vibration in a star structure network. Experimental results indicate that this multi-user quantum network can achieve a secret key rate (SKR) of approximately 0.7 $\rm{Mbits/s}$ for each user under 10 $\rm{km}$ standard fiber transmission and its network capacity is 8. In terms of distributed sensing, it can achieve a vibration response bandwidth ranging from 1 $\rm{Hz}$ to 2 $\rm{kHz}$, a strain resolution of 0.50 $\rm{n}$$\varepsilon$$/\sqrt{\rm{Hz}}$, and a spatial resolution of 0.20 $\rm{m}$ under shot-noise-limited detection. The proposed ISAQN scheme enables simultaneous quantum communication and distributed sensing in a multi-point network, laying a foundation for future large-scale quantum networks and high-precision sensing networks.
- Abstract（参考訳）: センサと通信の統合は、ユビキタスな通信を可能にしながら、ユビキタスなセンシングを実現することができる。
グローバル通信を徐々に改善する中で、光ファイバーに基づく統合センシング通信(ISAC)システムは、都市構造イメージング、地震波検出、パイプライン安全監視などの様々な機能を実現することができる。
量子通信の発展に伴い、光ファイバーに基づく量子ネットワークが徐々に確立されつつある。
本稿では、複数のノード間のセキュアな鍵分布と、標準量子限界下での分散センシングを実現するための、ISAQN(Integrated Sensentration and Quantum Network)方式を提案する。
CV-QKDプロトコルとラウンドトリップマルチバンド構造を採用し、マルチノードセキュア鍵分布を実現する。
一方、分散センシングを実現するため、スペクトル位相監視(SPM)プロトコルが提案されている。
周波数スペクトルを監視し、どのノードが振動しているかを決定し、位相変化を監視して振動波形を復元する。
このスキームは、恒星構造ネットワークにおける振動をシミュレートすることによって実験的に実証される。
実験結果から、このマルチユーザ量子ネットワークは10$\rm{km}$標準ファイバー伝送における各ユーザに対して約0.7$\rm{Mbits/s}$の秘密鍵レート(SKR)を達成でき、ネットワーク容量は8。
分散センシングの分野では、1$\rm{Hz}$から2$\rm{kHz}$、0.50$\rm{n}$$\varepsilon$/\sqrt{\rm{Hz}}$、0.20$\rm{m}$の空間分解能を持つ。
提案したISAQNスキームは,マルチポイントネットワークにおける同時量子通信と分散センシングを可能にし,将来の大規模量子ネットワークと高精度センシングネットワークの基礎を築いた。
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