論文の概要: High-rate continuous-variable quantum key distribution over 100 km fiber with composable security

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.14843v1
• Date: Wed, 19 Mar 2025 02:56:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-20 15:23:01.612669
• Title: High-rate continuous-variable quantum key distribution over 100 km fiber with composable security
• Title（参考訳）: 構成可能なセキュリティを有する100km繊維上の高速連続可変量子鍵分布
• Authors: Heng Wang, Yang Li, Ting Ye, Li Ma, Yan Pan, Mingze Wu, Junhui Li, Yiming Bian, Yaodi Pi, Yun Shao, Jie Yang, Jinlu Liu, Ao Sun, Wei Huang, Stefano Pirandola, Yichen Zhang, Bingjie Xu,
• Abstract要約: 量子鍵分布(QKD)は、秘密鍵を情報理論のセキュリティで生成する方法を提供する。 CV-QKDは、地下鉄エリア内で高い秘密鍵レート(SKR)を達成するという潜在的な利点と、成熟した通信業界との互換性を提供する。 ここでは、Gbps SKRを10km以内、Mbps SKRを100km以上とする10GHzのシンボルレートの高速マルチキャリア(MC)CV-QKDを初めて実演する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 19.19089772907503
• License:
• Abstract: Quantum key distribution (QKD), providing a way to generate secret keys with information-theoretic security,is arguably one of the most significant achievements in quantum information. The continuous-variable QKD (CV-QKD) offers the potential advantage of achieving a higher secret key rate (SKR) within a metro area, as well as being compatible with the mature telecom industry. However, the SKR and transmission distance of state-of-the-art CV-QKD systems are currently limited. Here, based on the novelly proposed orthogonal-frequency-division-multiplexing (OFDM) CV-QKD protocol, we demonstrate for the first time a high-rate multi-carrier (MC) CV-QKD with a 10 GHz symbol rate that chieves Gbps SKR within 10km and Mbps SKR over 100 km in the finite-size regime under composable security against collective attacks. The record-breaking results are achieved by suitable optimization of subcarrier number and modulation variance, well-controlled excess noise induced by both OFDM mechanism and efficient DSP scheme, and high-performance post-processing capacity realized by heterogeneous computing scheme. The composable finite-size SKR reaches 1779.45 Mbps@5km, 1025.49 Mbps@10km, 370.50 Mbps@25km, 99.93 Mbps@50km, 25.70 Mbps@75km,and 2.25 Mbps@100km, which improves the SKR by two orders of magnitude and quintuples the maximal transmission distance compared to most recently reported CV-QKD results [Nature Communications, 13, 4740 (2022)]. Interestingly, it is experimentally verified that the SKR of the proposed MC CV-QKD can approach five times larger than that of the single-carrier CV-QKD with the same symbol rate without additional hardware costs. Our work constitutes a critical step towards future high-speed quantum metropolitan and access networks.
• Abstract（参考訳）: 量子鍵分布(QKD)は、情報理論のセキュリティを備えた秘密鍵を生成する方法であり、間違いなく量子情報における最も重要な成果の1つである。 連続可変QKD(CV-QKD)は、地下鉄エリア内で高い秘密鍵レート(SKR)を達成するという潜在的な利点と、成熟した通信業界との互換性を提供する。 しかし、現在、最先端CV-QKDシステムのSKRと送信距離は限られている。 ここでは、新たに提案された直交周波数分割多重化(OFDM)CV-QKDプロトコルに基づいて、Gbps SKRを10km以内で、Mbps SKRを100km以上、集団攻撃に対して構成可能なセキュリティ下で、Gbps SKRをチャーベする高レートマルチキャリア(MC)CV-QKDを初めて示す。 記録破りは、サブキャリア数と変調分散の適切な最適化、OFDM機構と効率的なDSP方式の両方によって誘導される制御された余剰ノイズ、不均一な計算方式によって実現された高性能な後処理能力により達成される。 構成可能な有限サイズSKRは1779.45 Mbps@5km、1025.49 Mbps@10km、370.50 Mbps@25km、99.93 Mbps@50km、25.70 Mbps@75km、2.25 Mbps@100kmに達する。 興味深いことに、MC CV-QKDのSKRは、追加のハードウェアコストを伴わずに同一のシンボルレートで単キャリアCV-QKDのSKRよりも5倍大きくなることが実験的に検証された。 我々の研究は、将来の高速量子大都市圏とアクセスネットワークへの重要な一歩となっている。

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