論文の概要: Security Analysis of MDI-QKD in Turbulent Free-Space Polarization Channels-A Composite Channel Framework

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.02087v1
• Date: Tue, 02 Sep 2025 08:34:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-04 15:17:03.963779
• Title: Security Analysis of MDI-QKD in Turbulent Free-Space Polarization Channels-A Composite Channel Framework
• Title（参考訳）: 乱流自由空間分極チャネルにおけるMDI-QKDのセキュリティ解析-複合チャネルフレームワーク
• Authors: Heyang Peng, Seid Koudia, Symeon Chatzinotas,
• Abstract要約: 乱流は 極性脱コヒーレンスと 極性脱コヒーレンスを誘導する 秘密鍵レートを低下させる 本稿では,FSO MDI-QKDにおける乱流誘起偏極デコヒーレンスに対する一元化脱分極チャネルモデルを提案する。 このモデルは澄んだ、曇りの天候条件に優れ、リアルタイムリンク適応のための計算効率と実験的検証性を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 41.14912220553869
• License: http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
• Abstract: Atmospheric turbulence poses a significant challenge to free-space measurement-device-independent quantum key distribution (FSO MDI-QKD) by inducing polarization decoherence and depolarization, which degrade the secret key rate (SKR). In this paper, we propose a unified depolarizing-dephasing channel model for turbulence-induced polarization decoherence in FSO MDI-QKD. This model consolidates phase perturbations, Gaussian beam spreading, beam drift, aperture truncation, and scintillation into closed-form parameters: depolarization factor, decoherence factor, and detection probability. By mapping turbulence to a von Mises-Fisher/Watson-distributed SU(2) rotation, we derive an analytic SKR expression compatible with existing MDI-QKD security analyses. The model excels in clear, overcast, and hazy weather conditions, offering computational efficiency and experimental verifiability for real-time link adaptation. Numerical simulations, illustrated on a ground-to-satellite free-space link, confirm its accuracy, enabling robust physical layer design for global-scale MDI-QKD networks.
• Abstract（参考訳）: 大気の乱流は、秘密鍵レート(SKR)を低下させる分極デコヒーレンスと分極を誘導することで、自由空間測定デバイス非依存の量子鍵分布(FSO MDI-QKD)に重大な課題をもたらす。 本稿では,FSO MDI-QKDにおける乱流誘起偏極デコヒーレンスに対する一元化脱分極チャネルモデルを提案する。 このモデルでは, 位相摂動, ガウスビーム拡散, ビームドリフト, 開口乱れ, シンチレーションを閉形式パラメータ(偏極係数, 脱コヒーレンス係数, 検出確率)に集約する。 乱流をvon Mises-Fisher/Watson-Distributed SU(2)回転にマッピングすることにより、既存のMDI-QKDセキュリティ解析と互換性のある解析SKR式を導出する。 このモデルは澄んだ、曇りの天候条件に優れ、リアルタイムリンク適応のための計算効率と実験的検証性を提供する。 数値シミュレーションは、地上から衛星までの自由空間リンク上に示され、その精度を確認し、グローバルスケールのMDI-QKDネットワークのための堅牢な物理層設計を可能にする。

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