論文の概要: Secret Key Rate Analysis of RIS-Assisted THz MIMO CV-QKD Systems under Localized and Global Eavesdropping

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.28252v1
• Date: Mon, 30 Mar 2026 10:25:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-31 23:18:45.336509
• Title: Secret Key Rate Analysis of RIS-Assisted THz MIMO CV-QKD Systems under Localized and Global Eavesdropping
• Title（参考訳）: RIS支援THzMIMO CV-QKDシステムの局所的および大域的盗聴における秘密鍵速度解析
• Authors: Sushil Kumar, Soumya P. Dash, George C. Alexandropoulos,
• Abstract要約: 本稿では,terahertz (THz) multiple-input multiple-output (MIMO)システムについて考察する。 システムのセキュリティは、集団的なガウシアン・エンタングリング・アタックの下で分析される。 最適RIS位相構成行列を決定するために最適化フレームワークを開発した。 様々な自由パラメータに対して,システムの性能を示す結果が提示される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 33.44770581515422
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: A multiple-input multiple-output (MIMO) system operating at terahertz (THz) frequencies and consisting of a transmitter, Alice, that encodes secret keys using Gaussian-modulated coherent states, which are communicated to a legitimate receiver, Bob, under the assistance of a reconfigurable intelligent surface (RIS) is considered in this paper. The composite wireless channel comprising the direct Alice-to-Bob signal propagation path and the RIS-enabled reflected one is modeled as a passive linear Gaussian quantum channel, allowing for a unitary dilation that preserves the canonical commutation relations. The security of the considered RIS-empowered MIMO system is analyzed under collective Gaussian entangling attacks, according to which an eavesdropper, Eve, is assumed to have access to environmental modes associated with specific propagation segments. We also study, as a benchmark, the case where Eve has access to the purification of the overall channel. The legitimate receiver, Bob, is designed to deploy homodyne detection and reverse reconciliation for key extraction. Novel expressions for the achievable secret key rate (SKR) of the system are derived for both the considered eavesdropping scenarios. Furthermore, an optimization framework is developed to determine the optimal RIS phase configuration matrix that maximizes the SKR performance. The resulting optimization problem is efficiently solved using particle swarm optimization. Numerical results are presented to demonstrate the system's performance with respect to various free parameters. It is showcased that the considered RIS plays a crucial role in enhancing the SKR of the system as well as in extending the secure communication range. This establishes RIS-assisted THz MIMO CV-QKD as a promising solution for next generation secure wireless networks.
• Abstract（参考訳）: テラヘルツ(THz)周波数で動作し,ガウス変調されたコヒーレント状態を用いて秘密鍵を符号化する送信機AliceからなるMIMO(Multi-input multiple-output)システムについて,再構成可能な知的表面(RIS)の助けを借りて,正規受信機Bobに通信する。 直接Alice-to-Bob信号伝搬路とRIS対応反射路とからなる複合無線チャネルを受動線形ガウス量子チャネルとしてモデル化し、カノニカル交換関係を保存する一元的拡張を可能にする。 RISを内蔵したMIMOシステムのセキュリティは、盗聴者Eveが特定の伝播セグメントに関連する環境モードにアクセスできると仮定して、ガウシアン・エンタングリング・アタックによって分析される。 また、ベンチマークとして、Eveが全体チャネルの浄化にアクセスできるケースについても検討する。 正統な受信機であるBobは、鍵抽出のためのホモダイン検出と逆調整をデプロイするよう設計されている。 いずれのシナリオにおいても,達成可能な秘密鍵レート(SKR)の新たな表現が導出される。 さらに、最適化フレームワークを開発し、SKR性能を最大化する最適RIS位相構成行列を決定する。 結果の最適化問題は、粒子群最適化を用いて効率よく解決される。 様々な自由パラメータに対するシステムの性能を示す数値的な結果が提示される。 RISは、システムのSKRの強化やセキュアな通信範囲の拡充において重要な役割を担っていることが示されている。 これにより、RIS支援THz MIMO CV-QKDが次世代セキュア無線ネットワークの有望なソリューションとして確立される。

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