論文の概要: Investigating the Performance of Adaptive Optics on Different Bases of Spatial Modes in Turbulent Channels
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.21015v1
- Date: Thu, 28 Aug 2025 17:18:09 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-29 18:12:02.530052
- Title: Investigating the Performance of Adaptive Optics on Different Bases of Spatial Modes in Turbulent Channels
- Title（参考訳）: 乱流チャネルの異なる空間モード上での適応光学性能の検討
- Authors: Rojan Abolhassani, Lukas Scarfe, Francesco Di Colandrea, Alessio D'Errico, Khabat Heshami, Ebrahim Karimi,
- Abstract要約: 量子鍵分布(QKD)は、量子力学の原理に基づく安全な鍵交換を可能にする。
自由空間QKDは、繊維が実用的でないグローバルネットワークにとって不可欠である。
適応光学(AO)はこれらの誤りを修正する経路を提供する。
- 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 key distribution (QKD) allows secure key exchange based on the principles of quantum mechanics, with higher-dimensional photonic states offering enhanced channel capacity and resilience to noise. Free-space QKD is crucial for global networks where fibres are impractical, but atmospheric turbulence introduces severe states distortions, particularly for spatial modes. Adaptive optics (AO) provides a pathway to correct these errors, though its effectiveness depends on the encoding basis. Here, we experimentally evaluate a high-speed AO system for orbital angular momentum (OAM) modes, mutually unbiased bases (MUB), and symmetric, informationally complete, positive operator-valued measures (SIC-POVM) up to dimension $d=8$ in a turbulent free-space channel. While OAM states are strongly distorted, their cylindrical symmetry makes them optimally corrected by AO, yielding error rates below QKD security thresholds. MUB and SIC-POVM exhibit greater intrinsic robustness to turbulence but are less precisely corrected, though their performance remains within protocol tolerances. These results establish AO as a key enabler of secure, high-dimensional QKD and highlight the role of basis choice in optimizing resilience and correction.
- Abstract（参考訳）: 量子鍵分布(QKD)は、量子力学の原理に基づくセキュアな鍵交換を可能にする。
自由空間QKDは、繊維が実用的でないグローバルネットワークでは不可欠であるが、大気の乱れは特に空間モードにおいて厳しい状態歪みをもたらす。
アダプティブ光学(AO)はこれらの誤りを修正する経路を提供するが、その効果は符号化ベースに依存する。
そこで我々は,軌道角運動量(OAM)モード,相互非バイアスベース(MUB)モード,対称,情報完全,正の演算子評価尺度(SIC-POVM)を,乱流自由空間チャネルにおいて次元$d=8$まで評価した。
OAM状態は強く歪んでいるが、その円筒対称性によりAOによって最適に修正され、QKDセキュリティ閾値より低い誤差率が得られる。
MUBとSIC-POVMは乱流に対する固有の堅牢性を示すが、その性能はプロトコルの許容範囲内に留まるが、精度は低い。
これらの結果は、AOをセキュアで高次元QKDのキーイネーブルとして確立し、レジリエンスと補正の最適化における基本選択の役割を強調している。
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