論文の概要: Multi-dimensional frequency-bin entanglement-based quantum key distribution network
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.00972v1
- Date: Tue, 01 Jul 2025 17:20:42 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-03 14:22:59.752822
- Title: Multi-dimensional frequency-bin entanglement-based quantum key distribution network
- Title（参考訳）: 多次元周波数ビン絡み合いに基づく量子鍵分布ネットワーク
- Authors: George Claudiu Crisan, Antoine Henry, Dario Alessandro Fioretto, Juan Rafael Alvarez, Stéphan Monfray, Frédéric Boeuf, Laurent Vivien, Eric Cassan, Carlos Alonso-Ramos, Nadia Belabas,
- Abstract要約: 高次元量子状態 (qu-d-its) は、qubit と比較して、ノイズに対するロバスト性を高めた情報のより密度の高い転送を可能にする。
周波数符号化により、通信波長でそのようなqu-d-itにアクセスでき、オフザシェルフファイバーデバイスで量子情報を操作できる。
多次元の絡み合いに基づく量子鍵分布ネットワークにおいて,競争力のある通信範囲を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum networks enhance quantum communication schemes and link multiple users over large areas. Harnessing high dimensional quantum states - i.e. qu-d-its - allows for a denser transfer of information with increased robustness to noise compared to qubits. Frequency encoding enables access to such qu-d-its at telecom wavelengths, while manipulating quantum information with off-the-shelf fibered devices. We use a low free spectral range silicon microresonator to generate Bell states of dimension d=2 (qubits) and d=3 (qutrits) via spontaneous four wave mixing, to implement and optimize a multi-dimensional frequency-bin entanglement-based quantum key distribution network. We tune the source (via pump power), the signal processing (via coincidence window size) and qu-d-it encoding (d=2 or 3) using a single fibered hardware based on Fourier-transform pulse shaping and electro-optic modulation depending on interconnection lengths. We achieve secure key rates of 1374 bit/s with qutrits, and estimate the communication range to 295 km with qubits. We access up to 80 frequency modes, resulting in 21 quantum channels, that provide stable communication over more than 21 hours. We demonstrate a competitive communication range in a multi-dimensional entanglement-based quantum key distribution network that lays the groundwork for larger dimensionality implementations deployed on metropolitan fiber links.
- Abstract（参考訳）: 量子ネットワークは、量子通信スキームを強化し、複数のユーザを広範囲にリンクする。
高次元量子状態(qu-d-its)のハーネス化は、qubitsと比較してノイズに対するロバスト性を高めた情報のより密度の高い転送を可能にする。
周波数符号化により、通信波長でそのようなqu-d-itにアクセスでき、オフザシェルフファイバーデバイスで量子情報を操作できる。
我々は、低自由スペクトル域シリコンマイクロ共振器を用いて、自発4波混合による次元d=2(量子ビット)とd=3(量子ビット)のベル状態を生成し、多次元周波数ビンエンタングルメントに基づく量子鍵分布ネットワークの実装と最適化を行う。
我々は、フーリエ変換パルス整形と電気光学変調に基づく単一ファイバーハードウェアを用いて、ソース、信号処理(偶然のウィンドウサイズによる)、qu-d-it符号化(d=2 or 3)をチューニングする。
量子ビットで1374ビット/秒のセキュアな鍵レートを実現し、通信範囲を量子ビットで295kmまで推定する。
最大80個の周波数モードにアクセスし、21個の量子チャネルを作り、21時間以上にわたって安定した通信を可能にします。
我々は,大都市圏のファイバリンク上に展開される大規模次元実装の基礎となる,多次元絡み合いに基づく量子鍵分布ネットワークにおいて,競争力のある通信範囲を実証する。
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