論文の概要: Orthogonal Frequency Division Multiplexing Continuous Variable Terahertz Quantum Key Distribution
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.22985v1
- Date: Sat, 28 Jun 2025 19:16:29 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-01 21:27:53.660566
- Title: Orthogonal Frequency Division Multiplexing Continuous Variable Terahertz Quantum Key Distribution
- Title（参考訳）: 連続可変テラヘルツ量子鍵分布の直交周波数分割多重化
- Authors: Mingqi Zhang, Kaveh Delfanazari,
- Abstract要約: 本稿では,テラヘルツ(THz)帯域内の複数のサブキャリアにまたがる量子情報を符号化する量子鍵分布プロトコルを提案する。
複数のサブキャリアにまたがる量子情報を符号化することにより、スペクトル効率を高め、チャネル分散と大気減衰を緩和する。
大気中最大3m, 低温, 真空環境中最大26kmの距離で, 安全な通信が可能である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3069335774032178
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We propose a novel continuous-variable quantum key distribution (CVQKD) protocol that employs orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) in the terahertz (THz) band to enable high-throughput and secure quantum communication. By encoding quantum information across multiple subcarriers, the protocol enhances spectral efficiency and mitigates channel dispersion and atmospheric attenuation. We present a comprehensive security analysis under collective Gaussian attacks, considering both terrestrial free-space channels, accounting for humidity-induced absorption, and inter-satellite links, incorporating realistic intermodulation noise. Simulations show secret key rates (SKR) reaching ~72 bits per channel use in open-air conditions. While intermodulation noise imposes trade-offs, optimised modulation variance enables resilience and secure communication range. The maximum terrestrial quantum link extends up to 4.5 m due to atmospheric THz absorption, whereas inter-satellite links can support secure communication over distances exceeding 100 km, owing to minimal propagation channel losses in space. We evaluate the practical implementation of our protocol using recently developed on-chip coherent THz sources based on superconducting Josephson junctions. These compact, voltage-tunable emitters produce wideband coherent radiation, making them ideal candidates for integration in scalable quantum networks. By incorporating their characteristics into our simulations, we assess secure key generation under various environmental conditions. Our results show secure communication over distances up to 3 m in open air, and up to 26 km in cryogenic or vacuum environments. This work advances the prospect of compact, high-capacity CVQKD systems for both terrestrial and space-based THz quantum communication.
- Abstract（参考訳）: テラヘルツ(THz)帯域における直交周波数分割多重化(OFDM)を利用して,高スループットかつセキュアな量子通信を実現する,新しい連続可変量子鍵分布(CVQKD)プロトコルを提案する。
複数のサブキャリアにまたがる量子情報を符号化することにより、スペクトル効率を高め、チャネル分散と大気減衰を緩和する。
本研究では,地上自由空間チャネル,湿度による吸収,および衛星間リンクを考慮し,現実的な相互変調ノイズを取り入れた集合ガウス攻撃による包括的セキュリティ分析を提案する。
シミュレーションでは、シークレットキーレート(SKR)は、オープンエア環境で使用されるチャネル当たり72ビットに達する。
変調ノイズはトレードオフを課すが、最適化変調分散は弾力性と安全な通信範囲を可能にする。
地上の最大量子リンクは、大気中のTHz吸収により4.5mまで伸びる一方、衛星間リンクは、宇宙での伝播チャネルの損失が最小であるため、100kmを超える距離での安全な通信をサポートすることができる。
最近開発されたオンチップコヒーレント THz の超伝導ジョセフソン接合を用いた実装について検討した。
これらのコンパクトで電圧可変なエミッタは広帯域コヒーレント放射を発生させ、スケーラブルな量子ネットワークに統合するための理想的な候補となる。
これらの特徴をシミュレーションに組み込むことで, 各種環境条件下でのキー生成の安全性を評価する。
実験の結果, 大気中最大3m, 低温, 真空環境中最大26kmの距離で, 安全な通信が可能であることがわかった。
この研究は、地上および宇宙ベースのTHz量子通信のためのコンパクトで高容量のCVQKDシステムの展望を前進させる。
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