論文の概要: Microsatellite-based real-time quantum key distribution
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.10994v1
- Date: Tue, 20 Aug 2024 16:42:15 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-21 12:55:01.404431
- Title: Microsatellite-based real-time quantum key distribution
- Title（参考訳）: マイクロサテライトを用いたリアルタイム量子鍵分布
- Authors: Yang Li, Wen-Qi Cai, Ji-Gang Ren, Chao-Ze Wang, Meng Yang, Liang Zhang, Hui-Ying Wu, Liang Chang, Jin-Cai Wu, Biao Jin, Hua-Jian Xue, Xue-Jiao Li, Hui Liu, Guang-Wen Yu, Xue-Ying Tao, Ting Chen, Chong-Fei Liu, Wen-Bin Luo, Jie Zhou, Hai-Lin Yong, Yu-Huai Li, Feng-Zhi Li, Cong Jiang, Hao-Ze Chen, Chao Wu, Xin-Hai Tong, Si-Jiang Xie, Fei Zhou, Wei-Yue Liu, Nai-Le Liu, Li Li, Feihu Xu, Yuan Cao, Juan Yin, Rong Shu, Xiang-Bin Wang, Qiang Zhang, Jian-Yu Wang, Sheng-Kai Liao, Cheng-Zhi Peng, Jian-Wei Pan,
- Abstract要約: 量子衛星コンステレーションは、グローバルスケールでの量子ネットワークを促進するソリューションを提供する。
携帯型地上局を用いた空間間量子鍵分布(QKD)を実現する量子マイクロサテライトを開発した。
我々は、1つの衛星パスで最大0.59万ビットのセキュアなキーを共有することができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 36.9589130051099
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: A quantum network provides an infrastructure connecting quantum devices with revolutionary computing, sensing, and communication capabilities. As the best-known application of a quantum network, quantum key distribution (QKD) shares secure keys guaranteed by the laws of quantum mechanics. A quantum satellite constellation offers a solution to facilitate the quantum network on a global scale. The Micius satellite has verified the feasibility of satellite quantum communications, however, scaling up quantum satellite constellations is challenging, requiring small lightweight satellites, portable ground stations and real-time secure key exchange. Here we tackle these challenges and report the development of a quantum microsatellite capable of performing space-to-ground QKD using portable ground stations. The quantum microsatellite features a payload weighing approximately 23 kg, while the portable ground station weighs about 100 kg. These weights represent reductions by more than an order and two orders of magnitude, respectively, compared to the Micius satellite. Additionally, we multiplex bidirectional satellite-ground optical communication with quantum communication, enabling key distillation and secure communication in real-time. Using the microsatellite and the portable ground stations, we demonstrate satellite-based QKD with multiple ground stations and achieve the sharing of up to 0.59 million bits of secure keys during a single satellite pass. The compact quantum payload can be readily assembled on existing space stations or small satellites, paving the way for a satellite-constellation-based quantum and classical network for widespread real-life applications.
- Abstract（参考訳）: 量子ネットワークは、量子デバイスと革命的コンピューティング、センシング、通信能力を結ぶインフラストラクチャを提供する。
量子ネットワークの最もよく知られた応用として、量子鍵分布(QKD)は、量子力学の法則によって保証されるセキュアな鍵を共有する。
量子衛星コンステレーションは、グローバルスケールでの量子ネットワークを促進するソリューションを提供する。
ミシウス衛星は、衛星量子通信の実現可能性を確認しているが、量子衛星の星座のスケールアップは困難であり、小型の軽量衛星、携帯型地上局、リアルタイム安全な鍵交換が必要である。
本稿では,これらの課題に取り組み,携帯型地上局を用いた空間間QKDを実現する量子マイクロサテライトの開発について報告する。
量子マイクロサテライトの重量は約23kg、携帯型地上ステーションの重量は約100kgである。
これらの重みは、ミシウス衛星と比較して、それぞれ1桁以上と2桁の減少を表す。
さらに、量子通信と双方向衛星地上光通信を多重化することにより、キー蒸留とセキュア通信をリアルタイムに実現する。
マイクロサテライトと携帯型地上局を用いて、複数の地上局で衛星ベースのQKDを実証し、単一の衛星パス中に最大0.09万ビットのセキュアキーを共有する。
コンパクトな量子ペイロードは、既存の宇宙ステーションや小さな衛星に簡単に組み立てることができる。
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