論文の概要: Empty-Signal Detection: Proof-of-Principle Scheme for Arbitrarily Long-Distance Quantum Communication

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.15884v1
• Date: Fri, 19 Sep 2025 11:32:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-22 18:18:11.142754
• Title: Empty-Signal Detection: Proof-of-Principle Scheme for Arbitrarily Long-Distance Quantum Communication
• Title（参考訳）: Empty-Signal Detection: 任意長距離量子通信のための原理的スキーム
• Authors: Hao Shu,
• Abstract要約: 本稿では,量子通信受信機に対する空信号検出手法を提案する。 状態準備、制御ゲート、マルチコピー解析をひとつのブロックに統合する。 提案された設計は、実用的で商用でも利用可能なデバイスにのみ依存する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.6498361958317636
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Secure quantum communication, particularly quantum key distribution (QKD), has remained a central research focus for more than four decades and continues to attract significant attention in recent years. However, due to the unavoidable dark counts in single-photon detectors (SPDs), it has long been constrained by the rapid increase of the quantum bit error rate (QBER) induced by empty signals at the receiver, which prevents it from extending to arbitrarily long distances. To address this challenge, this paper introduces an empty-signal detection (ESD) strategy for quantum communication receivers, which integrates state preparation, controlled gates, and multi-copy analysis into a single block. The core idea is to encode photon-existence information onto an auxiliary degree of freedom (DOF) that is independent of the message-encoding DOF, allowing the receiver, through controlled gates on the auxiliary DOFs and subsequent measurements on the auxiliary copies, to verify the non-emptiness of the received signal without disturbing the transmitted message. In this way, empty signals can be excluded from further communication processing, thereby resolving the QBER explosion problem caused by empty signals. Moreover, the proposed design relies solely on practical, even commercially available, devices, and can be realized under current technological conditions. Therefore, this study provides a framework for achieving arbitrarily long-distance quantum communication by allowing a lossy channel to be asymptotically regarded as lossless in QBER estimations, and offers a proof-of-principle demonstration that secure quantum communications can be extended to arbitrary distances under current technology.
• Abstract（参考訳）: セキュアな量子通信、特に量子鍵分布(QKD)は40年以上にわたって研究の中心であり続けており、近年でも注目されている。 しかし、単光子検出器(SPD)の避けられない暗黒数のため、受信機における空信号によって誘導される量子ビット誤り率(QBER)の急激な増加に長い間拘束されており、任意に長距離まで延ばすことができない。 この課題に対処するために、状態準備、制御ゲート、マルチコピー解析を1ブロックに統合した量子通信受信機のための空信号検出(ESD)戦略を提案する。 中心となる考え方は、メッセージ符号化DOFとは独立な補助自由度(DOF)に光子の存在情報を符号化し、補助DOFの制御ゲートを介して受信機が補助コピーの測定を行い、送信されたメッセージを妨害することなく受信した信号の不空性を検証することである。 これにより、空信号は、さらなる通信処理から除外することができ、空信号によるQBER爆発問題を解消することができる。 さらに、提案した設計は実用的で商用でも利用可能なデバイスにのみ依存しており、現在の技術条件下で実現可能である。 そこで本研究では、QBER推定において損失チャネルを漸近的に損失のないものとみなすことにより、任意の長距離量子通信を実現するためのフレームワークを提案し、量子通信の安全性を現在の技術の下で任意の距離まで拡張できることを示す。

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