論文の概要: Towards City-Scale Quantum Timing: Wireless Synchronization via Quantum Hubs
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.20827v1
- Date: Tue, 23 Dec 2025 23:02:47 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-25 19:43:21.627522
- Title: Towards City-Scale Quantum Timing: Wireless Synchronization via Quantum Hubs
- Title（参考訳）: 都市規模量子時間に向けて:量子ハブによるワイヤレス同期
- Authors: Mohammad Taghi Dabiri, Mazen Hasna, Rula Ammuri, Saif Al-Kuwari, Khalid Qaraqe,
- Abstract要約: 本稿では,都市規模の展開に適した新しい無線量子同期フレームワークを提案する。
中心量子ハブは、絡み合った光子を放出し、一方を目標装置へ、他方を局所参照ユニットへ向ける。
提案するアーキテクチャは,次世代スマートシティのセキュアなタイミングを実現するための,低消費電力でインフラストラクチャフリーなソリューションを提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.3166494232465773
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: This paper presents a novel wireless quantum synchronization framework tailored for city-scale deployment using entangled photon pairs and passive corner cube retroreflector (CCR) arrays. A centralized quantum hub emits entangled photons, directing one toward a target device and the other toward a local reference unit. The target, equipped with a planar CCR array, reflects the incoming photon without active circuitry, enabling secure round-trip quantum measurements for sub-nanosecond synchronization and localization. We develop a comprehensive analytical model that captures key physical-layer phenomena, including Gaussian beam spread, spatial misalignment, atmospheric turbulence, and probabilistic photon generation. A closed-form expression is derived for the single-photon detection probability under Gamma-Gamma fading, and its distribution is used to model photon arrival events and synchronization error. Moreover, we analyze the impact of background photons, SPAD detector jitter, and quantum generation randomness on synchronization accuracy and outage probability. Simulation results confirm the accuracy of the analytical models and reveal key trade-offs among beam waist, CCR array size, and background light. The proposed architecture offers a low-power, infrastructure-free solution for secure timing in next-generation smart cities.
- Abstract（参考訳）: 本稿では, 交絡光子対と受動コーナー立方体レフレクタ(CCR)アレイを用いて, 都市規模の展開に適した新しい無線量子同期フレームワークを提案する。
集中量子ハブは、絡み合った光子を放出し、一方を目標装置へ、他方を局所参照ユニットへ向ける。
ターゲットは、平面CCRアレイを備え、アクティブ回路のない入射光子を反射し、サブナノ秒同期およびローカライゼーションのための安全なラウンドトリップ量子測定を可能にする。
本研究では,ガウスビーム拡散,空間的不整合,大気乱流,確率光子生成などの物理層現象を包括的解析モデルを構築した。
ガンマガンマ変光下での単光子検出確率に対して閉形式式を導出し、その分布を用いて光子到着イベントと同期誤差をモデル化する。
さらに,背景光子,SPAD検出器ジッタ,および量子生成ランダム性が同期精度および停止確率に与える影響を解析した。
シミュレーションの結果,解析モデルの精度を確認し,ビームウエスト,CCRアレイサイズ,背景光間の重要なトレードオフを明らかにする。
提案するアーキテクチャは,次世代スマートシティのセキュアなタイミングを実現するための,低消費電力でインフラストラクチャフリーなソリューションを提供する。
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