論文の概要: Optimization of Information Reconciliation for Decoy-State Quantum Key Distribution over a Satellite Downlink Channel

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.05196v1
• Date: Fri, 07 Nov 2025 12:32:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-10 21:00:44.758538
• Title: Optimization of Information Reconciliation for Decoy-State Quantum Key Distribution over a Satellite Downlink Channel
• Title（参考訳）: 衛星ダウンリンクチャネル上の解離状態量子鍵分布に対する情報再構成の最適化
• Authors: Thomas Scarinzi, Davide Orsucci, Marco Ferrari, Luca Barletta,
• Abstract要約: 完全な衛星通過時のダウンリンク信号と量子ビット誤り率(QBER)の正確なモデルを構築した。 我々は、Decoy-State BB84プロトコルにおける情報和解(IR)の効率を改善し、現実的なシナリオでは、ほぼ3%長くなるセキュアキーを実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.7015295923035705
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum key distribution (QKD) is a cryptographic solution that leverages the properties of quantum mechanics to be resistant and secure even against an attacker with unlimited computational power. Satellite-based links are important in QKD because they can reach distances that the best fiber systems cannot. However, links between satellites in low Earth orbit (LEO) and ground stations have a duration of only a few minutes, resulting in the generation of a small amount of secure keys. In this context, we investigate the optimization of the information reconciliation step of the QKD post-processing in order to generate as much secure key as possible. As a first step, we build an accurate model of the downlink signal and quantum bit error rate (QBER) during a complete satellite pass, which are time-varying due to three effects: (i) the varying link geometry over time, (ii) the scintillation effect, and (iii) the different signal intensities adopted in the Decoy-State protocol. Leveraging the a-priori information on the instantaneous QBER, we improve the efficiency of information reconciliation (IR) (i.e., the error correction phase) in the Decoy-State BB84 protocol, resulting in a secure key that is almost 3\% longer for realistic scenarios.
• Abstract（参考訳）: 量子鍵分布(Quantum key distribution, QKD)は、量子力学の特性を活用して、無制限の計算能力を持つ攻撃者に対しても耐性と安全性を確保する暗号解である。 衛星ベースのリンクは、最高のファイバーシステムでは不可能な距離に達することができるため、QKDでは重要である。 しかし、低軌道(LEO)の衛星と地上ステーションのリンクは数分しか持たないため、少数の安全な鍵が生成される。 そこで本研究では,QKD後処理における情報調整ステップの最適化について検討し,キーを可能な限り安全に生成する。 最初のステップとして、完全な衛星通過時のダウンリンク信号と量子ビット誤り率(QBER)の正確なモデルを構築します。 (i)時間とともに異なるリンク幾何学 (二)シンチレーション効果、及び 三Deoy-Stateプロトコルで採用されている異なる信号強度。 即時QBERのa-priori情報を活用することで、デコイ状態BB84プロトコルにおける情報整合(IR)の効率(すなわちエラー補正フェーズ)を改善し、現実的なシナリオで約3倍長くなる安全なキーが得られる。

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