論文の概要: Evaluating Relayed and Switched Quantum Key Distribution (QKD) Network Architectures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.24440v1
• Date: Mon, 29 Sep 2025 08:24:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-30 22:32:19.858784
• Title: Evaluating Relayed and Switched Quantum Key Distribution (QKD) Network Architectures
• Title（参考訳）: リレーおよびスイッチド量子鍵分布(QKD)ネットワークアーキテクチャの評価
• Authors: Antonis Selentis, Nikolas Makris, Alkinoos Papageorgopoulos, Persefoni Konteli, Konstantinos Christodoulopoulos, George T. Kanellos, Dimitris Syvridis,
• Abstract要約: ネットワークワイド量子鍵分布(QKD)のための2つのアーキテクチャの性能評価を行った。 Relayed QKDは非隣接ノードのマルチリンクQKDパス上のキーを中継するが、Switched QKDは任意のQKDモジュールを動的に接続するために光スイッチを使用する。 異なるリングサイズ、QKDリンク損失、QKD受信機の感度および未整合モジュールの性能ペナルティのネットワーク性能を比較した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: We evaluate the performance of two architectures for network-wide quantum key distribution (QKD): Relayed QKD, which relays keys over multi-link QKD paths for non-adjacent nodes, and Switched QKD, which uses optical switches to dynamically connect arbitrary QKD modules to form direct QKD links between them. An advantage of Switched QKD is that it distributes quantum keys end-to-end, whereas Relayed relies on trusted nodes. However, Switched depends on arbitrary matching of QKD modules. We first experimentally evaluate the performance of commercial DV-QKD modules; for each of three vendors we benchmark the performance in standard/matched module pairs and in unmatched pairs to emulate configurations in the Switched QKD network architecture. The analysis reveals that in some cases a notable variation in the generated secret key rate (SKR) between the matched and unmatched pairs is observed. Driven by these experimental findings, we conduct a comprehensive theoretical analysis that evaluates the network- wide performance of the two architectures. Our analysis is based on uniform ring networks, where we derive optimal key management configurations and analytical formulas for the achievable consumed SKR. We compare network performance under varying ring sizes, QKD link losses, QKD receivers' sensitivity and performance penalties of unmatched modules. Our findings indicate that Switched QKD performs better in dense rings (short distances, large node counts), while Relayed QKD is more effective in longer distances and large node counts. Moreover, we confirm that unmatched QKD modules penalties significantly impact the efficiency of Switched QKD architecture.
• Abstract（参考訳）: ネットワークワイド量子鍵分布(QKD)における2つのアーキテクチャの性能を評価する。非隣接ノードのマルチリンクQKDパス上でキーを中継するRelayed QKDと、任意のQKDモジュールを動的に接続して直接QKDリンクを形成するSwitched QKDである。 Switched QKDの利点は、量子キーをエンドツーエンドに分散するのに対して、Relayedは信頼できるノードに依存していることだ。 しかし、SwitchedはQKDモジュールの任意のマッチングに依存する。 最初に商用DV-QKDモジュールの性能を実験的に評価し、標準/整合モジュールペアと未整合モジュールペアでベンチマークを行い、スイッチドQKDネットワークアーキテクチャで構成をエミュレートする。 分析の結果、マッチしたペアと未一致のペア間で生成された秘密鍵レート(SKR)の顕著な変動が観察された。 これらの実験結果に基づいて,2つのアーキテクチャのネットワーク性能を評価する包括的理論的解析を行う。 そこでは, 達成可能なSKRの最適鍵管理構成と解析式を導出する。 異なるリングサイズ、QKDリンク損失、QKD受信機の感度および未整合モジュールの性能ペナルティのネットワーク性能を比較した。 以上の結果から,スイッチドQKDは高密度リング(短距離,大ノード数)において優れ,リレードQKDはより長い距離と大きなノード数で有効であることが示唆された。 さらに,未整合QKDモジュールのペナルティがスイッチドQKDアーキテクチャの効率に大きな影響を与えることを確認した。

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