論文の概要: Reference-frame-independent Quantum secure direct communication

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.08238v1
• Date: Tue, 13 Jan 2026 05:48:40 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-14 18:27:19.074303
• Title: Reference-frame-independent Quantum secure direct communication
• Title（参考訳）: 参照フレーム非依存な量子セキュアダイレクト通信
• Authors: Jia-Wei Ying, Shi-Pu Gu, Xing-Fu Wang, Wei Zhong, Ming-Ming Du, Xi-Yun Li, Shu-Ting Shen, An-Lei Zhang, Lan Zhou, Yu-Bo Sheng,
• Abstract要約: 現在の量子セキュア直接通信プロトコルは、XとZの基底における光子の誤差率を推定することで通信セキュリティを保証する。 本稿では,連続的かつ正確な参照フレームキャリブレーションを実現するための参照フレーム独立QSDCプロトコルを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.925720831421353
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Current quantum secure direct communication (QSDC) protocols guarantee communication security by estimating the error rates of photons in the X and Z bases. This take the reference frame calibration between communicating parties as a necessary prerequisite. However, in mobile communications scenarios, achieving continuous and accurate reference frame calibration poses significant challenges. To address this issue, this paper proposes a reference-frame-independent (RFI) QSDC protocol. This protocol only requires ensuring the calibration accuracy of one direction of the reference frame, while allowing a misalignment angle $β$ in the other two directions. To improve the protocol's robustness against reference frame fluctuations, we introduce a $β$-independent parameter C into the security analysis framework and rederive the protocol's security bounds. Additionally, we construct a system model and optimize the pulse intensity of the signal states, enabling the protocol to achieve optimal performance under each level of channel attenuation. At an attenuation of 10 dB (corresponding to a communication distance of 25 km), the secrecy message capacities for $β= 0^{ \circ} $ and $45^{ \circ} $ are $8.765 \times10^{-6}$ bit/pulse and $4.150 \times10^{-6}$ bit/pulse, respectively. Compared with the single-photon-based QSDC, the communication distance of the protocol proposed in this paper is significantly extended. When $β= 0^{ \circ} $ and $45^{ \circ} $, the maximum transmission distances of the RFI QSDC protocol are 27.875 km and 26.750 km, which is about 155.9 % and 149.7 % of that of the single-photon-based QSDC protocol.
• Abstract（参考訳）: 現在の量子セキュア直接通信(QSDC)プロトコルは、XおよびZ塩基における光子の誤差率を推定することで通信セキュリティを保証する。 これにより、通信相手間の参照フレームキャリブレーションが必須条件となる。 しかし、モバイル通信のシナリオでは、連続的かつ正確な参照フレームキャリブレーションを実現することが大きな課題となっている。 本稿では,参照フレーム非依存(RFI)QSDCプロトコルを提案する。 このプロトコルは、基準フレームの一方の方向の校正精度を保証し、他方の2方向のずれ角$β$を許容するだけである。 参照フレーム変動に対するプロトコルの堅牢性を改善するために,セキュリティ解析フレームワークに$β$非依存パラメータCを導入し,プロトコルのセキュリティ境界を再定義する。 さらに,信号状態のパルス強度を最適化するシステムモデルを構築し,各チャネル減衰レベルにおける最適性能を実現する。 10dB(通信距離25km)の減衰では、秘密メッセージ容量が$β=0^{ \circ}$と$45^{ \circ}$はそれぞれ8.765 \times10^{-6}$ bit/pulseと4.150 \times10^{-6}$ bit/pulseである。 単一光子ベースのQSDCと比較して,本論文で提案するプロトコルの通信距離は大幅に拡張されている。 β=0^{ \circ}$と45^{ \circ}$のとき、RFI QSDCプロトコルの最大送信距離は27.875 kmと26.750 kmであり、これは単光子ベースのQSDCプロトコルの約155.9 %と149.7 %である。

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