論文の概要: Accurate and Effective Model for Coexistence of Classical and Quantum Signals In Optical Fibers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.02807v1
• Date: Fri, 03 Oct 2025 08:22:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-06 16:35:52.312676
• Title: Accurate and Effective Model for Coexistence of Classical and Quantum Signals In Optical Fibers
• Title（参考訳）: 光ファイバーにおける古典信号と量子信号の共存の高精度かつ効果的なモデル
• Authors: Lucas Alves Zischler, Çağla Özkan, Tristan Vosshenrich, Qi Wu, Giammarco Di Sciullo, Divya A. Shaji, Chiara Lasagni, Paolo Serena, Alberto Bononi, Amirhossein Ghazisaeidi, Chigo Okonkwo, Antonio Mecozzi, Cristian Antonelli,
• Abstract要約: 我々は、共存シナリオにおける主要な干渉機構について議論し、量子信号の品質への影響を定量化するためのモデルを提供する。 このモデルは帯域外非線形干渉効果、すなわち自発ラマン散乱(SpRS)と4波混合(FWM)を説明できる。 提案モデルでは,FWMが反伝播スキームに与える影響は無視できるが,特定のシナリオ下での共伝播スキームに関係があることが示されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.450971469135477
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: The rising interest in quantum-level communication has resulted in proposals for coexistence schemes with classical signals within the same fiber optic channel, where the most recent proposals leverage novel fibers designed for space-division multiplexing (SDM) transmission. In all cases the large power difference between classical and quantum channels presents challenges for such schemes, as the classical signals generate interfering noise that corrupts the quantum signal. In this work, we discuss the main interference mechanisms in coexistence scenarios and provide a model to quantify their impact on the quantum signal quality. Analytical approximations in the model allow accurate and fast numerical solutions in the millisecond time-scale. The model accounts for out-of-band non-linear interference effects, namely spontaneous Raman scattering (SpRS) and four-wave-mixing (FWM) in both cases of single-mode and SDM fibers with weakly-coupled degenerate mode groups. Rayleigh and SpRS backscattering are considered in counter-propagating scenarios. Since broadband classical transmission is targeted, the model also accounts for the effect of stimulated Raman scattering (SRS)-induced power tilt. Use of the model in sample scenarios indicates that the interference noise power is minimized at the high end of the transmission band in both cases were the quantum is co- and counter-propagating with respect to the classical signals, with a preference of one or the other scheme depending on the link length and quantum signal center frequency. Our model reveals that FWM has negligible impact in counter-propagating schemes, but can be relevant in co-propagating schemes under certain scenarios. Nevertheless, the FWM interference can be mitigated by deallocating the classical signals adjacent to the quantum channel.
• Abstract（参考訳）: 量子レベル通信への関心が高まり、同じ光ファイバーチャネル内の古典的な信号と共存するスキームが提案され、宇宙分割多重伝送(SDM)用に設計された新しいファイバーが提案されている。 いずれの場合も、古典的な信号が干渉ノイズを生成し、量子信号を劣化させるため、古典的なチャネルと量子チャネルの間の大きなパワー差はそのようなスキームの課題を示す。 本稿では、共存シナリオにおける主要な干渉機構について論じ、量子信号の品質への影響を定量化するモデルを提供する。 モデルにおける解析的近似は、ミリ秒の時間スケールで正確かつ高速な数値解を可能にする。 このモデルは、低結合縮退モード群を有する単モードおよびSDMファイバのどちらの場合においても、自発ラマン散乱(SpRS)と4波混合(FWM)の帯域外非線形干渉効果を説明できる。 Rayleigh と SpRS の後方散乱は逆伝播のシナリオで考慮されている。 ブロードバンド古典伝送が対象であるため、モデルはまた、刺激されたラマン散乱(SRS)誘起パワー傾きの影響も考慮している。 サンプルシナリオにおけるモデルの使用は、両方の場合において、干渉ノイズパワーが送信帯域の高端で最小化されることを示し、量子は古典的な信号に対して共役であり、逆伝搬であり、リンク長と量子信号中心周波数に依存する一方のスキームが好まれることを示している。 提案モデルでは,FWMが反伝播スキームに与える影響は無視できるが,特定のシナリオ下での共伝播スキームに関係があることが示されている。 それでも、FWM干渉は量子チャネルに隣接する古典的な信号の相互配置によって緩和することができる。

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