論文の概要: System design and realisation towards optimising secure key bits in free space QKD

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.10458v1
• Date: Thu, 14 Aug 2025 08:57:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-15 22:24:48.241014
• Title: System design and realisation towards optimising secure key bits in free space QKD
• Title（参考訳）: 自由空間QKDにおけるセキュア鍵ビットの最適化のためのシステム設計と実現
• Authors: Pooja Chandravanshi, Jayanth Ramakrishnan, Tanya Sharma, Ayan Biswas, Ravindra P. Singh,
• Abstract要約: 量子鍵分布(QKD)は、最先端の研究室研究から、確立された通信ネットワークにおける実世界の展開へと急速に移行している。 本稿では,BB84プロトコルに着目したQKD実装のための実践的かつ体系的なフレームワークを提案する。 ハードウェアで容易に実装可能なキーシフティングのための簡単なアルゴリズムを概説する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.3458279593461016
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum Key Distribution (QKD) is rapidly transitioning from cutting-edge laboratory research to real-world deployment in established communication networks. Although QKD promises future-proof security, practical challenges stil exist due to imperfections in physical devices. Many protocols offer strong security guarantees, but their implementation can be complex and difficult. To bridge this gap, we present a practical and systematic framework for implementing QKD, focused on the BB84 protocol but designed with broader applicability in mind. The article includes key concepts for device calibration, synchronisation,optical alignment, and key post-processing. We outline a simple algorithm for key sifting that is easily implementable in hardware. Our results highlight the importance of selecting the temporal window to optimise both the key rate and the quantum bit error rate (QBER). In addition, we show that random sampling of the sifted key bits for error estimation yields more reliable results than sequential sampling. We also integrate the Entrapped Pulse Coincidence Detection (EPCD) protocol to boost key generation rates, further enhancing performance. Although our work focuses on BB84, the techniques and practices outlined are general enough to support a wide range of QKD protocols. This makes our framework a valuable tool for both research and real-world deployment of secure quantum communication systems.
• Abstract（参考訳）: 量子鍵分布(QKD)は、最先端の研究室研究から、確立された通信ネットワークにおける実世界の展開へと急速に移行している。 QKDは将来のセキュリティを約束するが、物理的なデバイスに欠陥があるため、現実的な課題は存在する。 多くのプロトコルは強力なセキュリティ保証を提供するが、その実装は複雑で困難である。 このギャップを埋めるために,BB84プロトコルを念頭に設計した,QKDの実装のための実践的で体系的なフレームワークを提案する。 この記事には、デバイスキャリブレーション、同期、光学アライメント、キー後処理に関する重要な概念が含まれている。 ハードウェアで容易に実装可能なキーシフティングのための簡単なアルゴリズムを概説する。 その結果、キーレートと量子ビット誤り率(QBER)の両方を最適化するために、時間ウィンドウを選択することの重要性を強調した。 さらに, 誤り推定用キービットのランダムサンプリングにより, 逐次サンプリングよりも信頼性の高い結果が得られることを示す。 また、Entrapped Pulse Coincidence Detection (EPCD)プロトコルを統合し、キー生成率を高め、性能をさらに向上する。 我々の研究はBB84に重点を置いているが、概略した手法とプラクティスは、広範囲のQKDプロトコルをサポートするのに十分な一般性を持っている。 これにより、我々のフレームワークは、セキュアな量子通信システムの研究と実世界のデプロイの両方に有用なツールとなります。

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