論文の概要: High-rate self-referenced continuous-variable quantum key distribution over high-loss free-space channel
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.10168v2
- Date: Tue, 25 Mar 2025 05:05:47 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-26 20:13:41.143043
- Title: High-rate self-referenced continuous-variable quantum key distribution over high-loss free-space channel
- Title（参考訳）: 高損失自由空間チャネル上の高速自己参照連続可変量子鍵分布
- Authors: Xiaojuan Liao, Yuehan Xu, Qijun Zhang, Peng Huang, Tao Wang, Kaizhi Wang, Guihua Zeng,
- Abstract要約: 本稿では,時間変化パラメータの高精度推定のための連続時間モード理論を提案する。
高速でセキュアな量子鍵分布を高速な自由空間チャネル上で実証する。
我々はまた、現在の機器を用いて、少なくとも10.5kmの範囲にまたがる緩やかな乱気流実験の可能性を確認した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.616309024935511
- License:
- Abstract: The advent of quantum computers has significantly challenged the security of traditional cryptographic systems, prompting a surge in research on quantum key distribution (QKD). Among various QKD approaches, continuous-variable QKD (CVQKD) offers superior resilience against background noise. However, the local local oscillator (LLO) CVQKD scheme faces substantial physical limitations in scenarios with high channel attenuation, and the large attenuation CVQKD remains unrealized. Bottleneck challenges include ensuring stable low-noise transmission and accurately estimating parameters under fluctuating channel conditions. In this paper, we introduce a continuous-time mode theory for high-precision estimation of time-varying parameters and design a free-space experimental system with a main quantum system and an auxiliary counterpart. We further develop advanced digital signal post-processing techniques for compensating time-varying frequency offset and phase noise under dynamic channel. Notably, the estimation of the time-varying free-space channel is achieved through the use of the auxiliary quantum system. Through experimental validation, we first demonstrate high-rate secure quantum key distribution over high-loss free-space channels. Specifically, we achieve asymptotic key rates of 76.366 kbps and 403.896 kbps in 25 dB attenuation free-space channels without turbulence and 21.5 dB average attenuation free-space channels with turbulence, respectively. Additionally, we confirm the feasibility of experiments on mildly turbulent atmospheric channels spanning at least 10.5 km using current equipments. Our scheme provides direct insight into constructing an integrated air-ground quantum communication network.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピュータの出現は、従来の暗号システムのセキュリティに大きく挑戦し、量子鍵分布(QKD)の研究が急増した。
様々なQKDアプローチの中で、連続可変QKD(CVQKD)はバックグラウンドノイズに対して優れたレジリエンスを提供する。
しかし、局所発振器 (LLO) CVQKD スキームは、高チャネル減衰のシナリオではかなりの物理的制限に直面し、大きな減衰CVQKD は未実現のままである。
ボトルネックの課題は、安定した低ノイズ伝送の確保と、変動するチャネル条件下でパラメータを正確に推定することである。
本稿では、時間変化パラメータの高精度推定のための連続時間モード理論を導入し、主量子系と補助量子系を備えた自由空間実験系を設計する。
さらに、動的チャネル下での時間変化周波数オフセットと位相雑音を補償する高度なディジタル信号後処理技術を開発した。
特に、時間変化自由空間チャネルの推定は補助量子システムを用いて行われる。
実験により、我々はまず、高速で安全な量子鍵分布を高速な自由空間チャネル上で実証する。
具体的には, 乱流のない25dB減衰自由空間チャネルで76.366kbps, 403.896kbps, 21.5dB平均減衰自由空間チャネルでそれぞれ漸近キーレートを達成した。
さらに,現在の機器を用いて,少なくとも10.5kmの乱流流路における実験の可能性を確認した。
提案手法は,空対地量子通信ネットワークの構築に関する直接的な知見を提供する。
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