論文の概要: Enhanced continuous-variable quantum key distribution protocol via adaptive signal processing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.18049v1
- Date: Thu, 24 Jul 2025 02:55:02 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-25 15:10:42.913165
- Title: Enhanced continuous-variable quantum key distribution protocol via adaptive signal processing
- Title（参考訳）: 適応信号処理による連続可変量子鍵分布プロトコルの強化
- Authors: Ozlem Erkilic, Biveen Shajilal, Lorcan O. Conlon, Angus Walsh, Aritra Das, Sebastian Kish, Thomas Symul, Ping Koy Lam, Syed M. Assad, Jie Zhao,
- Abstract要約: 量子鍵分布(QKD)は、セキュアな通信のための有望なアプローチを提供する。
CV-QKDは、地上繊維の損失や自由空間チャネルの大気シンチレーションといった課題によって制限されている。
本稿では,確率フィルタを用いて最適ガウス変調CV-QKD(GG02)プロトコルを超えるQKDプロトコルを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.4872713804312865
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum key distribution (QKD) provides a promising approach to secure communications, with continuous-variable QKD (CV-QKD) offering compatibility with existing telecommunication infrastructure. Despite this advantage, CV-QKD is limited by challenges such as losses in terrestrial fibres and atmospheric scintillation in free-space channels. We introduce a QKD protocol that surpasses the optimal Gaussian modulated CV-QKD (GG02) protocol by utilising probabilistic filters without known physical representation. Our approach employs a Gaussian filter at Alice's station and a non-Gaussian notch-like filter at Bob's station. Alice's filter optimises modulation variance to achieve key rates near the optimal GG02 performance, while Bob's filter adapts the effective channel conditions, which can result in higher key rates than the optimal GG02 protocol. Our security analysis avoids Gaussian extremality, accurately bounding Eve's information. The protocol dynamically optimises the secret-key rate for rapidly changing channels, such as terrestrial links and satellite-to-ground communications, and can extract keys in regions deemed non-secure by parameter estimation. Implemented at software level, our protocol requires no hardware modifications and can be integrated into existing QKD systems. Experimental results show a threefold increase in key rates over the optimal GG02 protocol, while simulations for Low Earth Orbit satellite quantum communications indicate a 400-fold increase compared to the non-optimised counterpart.
- Abstract（参考訳）: 量子鍵分布(QKD)は、通信をセキュアにするための有望なアプローチであり、既存の通信インフラとの互換性を提供する連続可変QKD(CV-QKD)である。
この利点にもかかわらず、CV-QKDは、地上繊維の損失や自由空間チャネルの大気シンチレーションといった課題によって制限されている。
物理表現のない確率フィルタを用いて最適ガウス変調CV-QKD(GG02)プロトコルを超えるQKDプロトコルを提案する。
このアプローチでは,アリス駅ではガウスフィルタ,ボブ駅では非ガウスノッチフィルタを用いる。
アリスのフィルタは変調分散を最適化して最適GG02性能に近い鍵レートを達成する一方、ボブのフィルタは有効なチャネル条件に適応し、最適GG02プロトコルよりも高い鍵レートが得られる。
私たちのセキュリティ分析は、Eveの情報を正確に束縛して、ガウスの過激さを回避します。
このプロトコルは、地上リンクや衛星間通信など、急速に変化するチャネルの秘密鍵レートを動的に最適化し、パラメータ推定により非安全と考えられる領域の鍵を抽出する。
ソフトウェアレベルで実装された当社のプロトコルはハードウェアの変更を必要とせず、既存のQKDシステムに統合できる。
実験結果から、最適GG02プロトコルよりも鍵レートが3倍に増加し、低軌道衛星量子通信のシミュレーションでは、最適化されていない通信に比べて400倍に増加したことが示された。
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