論文の概要: Experimental single-photon quantum key distribution surpassing the fundamental coherent-state rate limit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.02045v1
- Date: Tue, 4 Jun 2024 07:28:15 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-05 17:30:56.905374
- Title: Experimental single-photon quantum key distribution surpassing the fundamental coherent-state rate limit
- Title（参考訳）: 基本コヒーレント-状態速度限界を超える実験的な単一光子量子鍵分布
- Authors: Yang Zhang, Xing Ding, Yang Li, Likang Zhang, Yong-Peng Guo, Gao-Qiang Wang, Zhen Ning, Mo-Chi Xu, Run-Ze Liu, Jun-Yi Zhao, Geng-Yan Zou, Hui Wang, Yuan Cao, Yu-Ming He, Cheng-Zhi Peng, Yong-Heng Huo, Sheng-Kai Liao, Chao-Yang Lu, Feihu Xu, Jian-Wei Pan,
- Abstract要約: 単一光子源は量子ネットワークに必須であり、量子鍵分布(QKD)から急成長する量子インターネットへの応用を可能にする。
本稿では、高効率単一光子源を用いた高速QKDを報告し、コヒーレント光の基本速度限界を超越するSKRを実現する。
我々の研究は、QKDアプリケーションにおけるコヒーレント光よりもナノテクノロジーベースの単一光子源の方が優れた性能を示し、グローバル量子インターネットの実現に向けて重要な一歩を踏み出した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.795169912821704
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Single-photon sources are essential for quantum networks, enabling applications ranging from quantum key distribution (QKD) to the burgeoning quantum internet. Despite the remarkable advancements, the current reliance of QKD on attenuated coherent (laser) light sources has imposed a fundamental limit on the secret key rate (SKR). This constraint is primarily attributable to the scarcity of single-photon components within coherent light, confined by an inherent upper bound of 1/e. Here, we report high-rate QKD using a high-efficiency single-photon source, enabling an SKR transcending the fundamental rate limit of coherent light. We developed an on-demand, bright semiconductor quantum-dot single-photon source with an efficiency of 0.71(2), exceeding the inherent bound of coherent light by approximately 2.87 dB. Implementing narrow-bandwidth filtering and random polarization modulation, we conducted a field QKD trial over a 14.6(1.1)-dB-loss free-space urban channel, achieving an SKR of 0.00108 bits per pulse. This surpasses the practical limit of coherent-light-based QKD by 2.53 dB. Our findings conclusively demonstrate the superior performance of nanotechnology-based single-photon sources over coherent light for QKD applications, marking a pivotal stride towards the realization of a global quantum internet.
- Abstract（参考訳）: 単一光子源は量子ネットワークに必須であり、量子鍵分布(QKD)から急成長する量子インターネットへの応用を可能にする。
顕著な進歩にもかかわらず、コヒーレント(レーザー)光源へのQKDの現在の依存は秘密鍵レート(SKR)に根本的な制限を課している。
この制約は主にコヒーレント光における単一光子成分の不足に起因するものであり、固有上界は1/eである。
本稿では、高効率単一光子源を用いた高速QKDを報告し、コヒーレント光の基本速度限界を超越するSKRを実現する。
我々は、コヒーレント光の固有の境界を約2.87dBで越え、効率0.71(2)のオンデマンドで明るい半導体量子ドット単光子源を開発した。
狭帯域フィルタとランダム偏光変調を実装し、14.6(1.1)-dB-loss自由空間都市チャネル上でQKD試験を行い、1パルスあたり0.00108ビットのSKRを実現した。
これはコヒーレント光ベースのQKDの実用限界を2.53dB超える。
我々の研究は、QKDアプリケーションにおけるコヒーレント光よりもナノテクノロジーベースの単一光子源の方が優れた性能を示し、グローバル量子インターネットの実現に向けて重要な一歩を踏み出した。
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