論文の概要: Digital Signal Processing from Classical Coherent Systems to Continuous-Variable QKD: A Review of Cross-Domain Techniques, Applications, and Challenges
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.20141v1
- Date: Wed, 24 Sep 2025 14:05:19 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-25 20:53:19.838984
- Title: Digital Signal Processing from Classical Coherent Systems to Continuous-Variable QKD: A Review of Cross-Domain Techniques, Applications, and Challenges
- Title（参考訳）: 古典的コヒーレントシステムから連続可変QKDへのデジタル信号処理:クロスドメイン技術,応用,課題
- Authors: Davi Juvêncio Gomes de Sousa, Caroline da Silva Morais Alves, Valéria Loureiro da Silva, Nelson Alves Ferreira Neto,
- Abstract要約: 本稿では,連続可変量子鍵分布(CV-QKD)へのディジタル信号処理(DSP)技術の適用について検討する。
これらの領域の収束によりCV-QKDの性能は大幅に向上した。
我々は、今後のCV-QKD統合の可能性が高いコヒーレント光通信システムにおける最近のDSPの革新を同定する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3289878169836672
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: This systematic review investigates the application of digital signal processing (DSP) techniques -- originally developed for coherent optical communication systems to continuous-variable quantum key distribution (CV-QKD). The convergence of these domains has enabled significant advances in CV-QKD performance, particularly in phase synchronization, polarization tracking, and excess noise mitigation. To provide a comprehensive and reproducible synthesis of this emerging field, we employed the APISSER methodology, a task-oriented framework adapted from the PRISMA protocol. A structured search across IEEE Xplore and Web of Science databases (2021-2025) yielded 220 relevant publications, which were screened, classified, and analyzed to address six research questions. Our findings highlight that many classical DSP algorithms, such as Kalman filtering, carrier recovery, adaptive equalization, and machine-learning-assisted signal estimation, have been successfully adapted to the quantum regime, often requiring modifications to meet security and noise constraints. We also identify a range of recent DSP innovations in coherent optical communication systems with high potential for future CV-QKD integration, including neural equalization, probabilistic shaping, and joint retiming-equalization filters. Despite these advances, challenges remain in achieving robust phase tracking under ultra-low Signal-to-Noise Ratio (SNR) conditions, real-time polarization compensation, and secure co-existence with classical channels. This review maps current trends, technical barriers, and emerging opportunities at the intersection of signal processing for quantum and classical communication, supporting the development of scalable and resilient CV-QKD systems.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,コヒーレントな光通信システムのために開発されたデジタル信号処理(DSP)技術の連続可変量子鍵分布(CV-QKD)への適用について検討する。
これらの領域の収束はCV-QKDの性能、特に位相同期、偏光追跡、過度ノイズ緩和において大きな進歩をもたらした。
そこで我々は,PRISMAプロトコルから適応したタスク指向フレームワークであるAPISSER方法論を採用した。
IEEE XploreとWeb of Scienceデータベース(2021-2025)にまたがる構造化された検索の結果、220の関連論文が得られた。
我々の発見は、カルマンフィルタ、キャリアリカバリ、適応等化、機械学習支援信号推定など、多くの古典的DSPアルゴリズムが量子状態に適応し、セキュリティやノイズの制約を満たすために修正を必要としていることを示している。
我々はまた、今後のCV-QKD統合の可能性が高いコヒーレント光通信システムにおける最近のDSPの革新を、ニューラルイコライゼーション、確率的シェーピング、共振等化フィルタなど、特定する。
これらの進歩にもかかわらず、超低信号-雑音比(SNR)条件下での堅牢な位相追跡、リアルタイム偏光補償、古典的なチャネルとの安全な共存の達成には課題が残っている。
このレビューは、量子通信と古典通信の信号処理の交わりにおける現在のトレンド、技術的障壁、新興の機会をマッピングし、スケーラブルでレジリエントなCV-QKDシステムの開発を支援する。
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