論文の概要: Geometric phase-assisted simple phase compensation enabling quantum key distribution using phase-shifted Bell states
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.12272v1
- Date: Tue, 14 Apr 2026 04:35:36 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-15 19:11:32.23823
- Title: Geometric phase-assisted simple phase compensation enabling quantum key distribution using phase-shifted Bell states
- Title（参考訳）: 位相シフトベル状態を用いた量子鍵分布を実現する幾何学的位相支援単純位相補償
- Authors: Ayan Kumar Nai, G. K. Samanta,
- Abstract要約: 絡み合いに基づく量子鍵分布は、最大絡み合うベル状態の分布に依存する。
望ましくない相対位相は、複屈折、ポンプビームの寄与、不完全な光子ペア生成、物理的チャネルの透過、および収集から生じる。
我々は、ソースまたは受信機で実装可能な、シンプルで多目的な位相補償方式を実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Entanglement-based quantum key distribution (QKD) relies on the distribution of high-fidelity maximally entangled Bell states, typically generated via spontaneous parametric down-conversion (SPDC). In practical systems, unwanted relative phases arise from birefringence, pump-beam contributions, imperfect photon-pair generation, transmission through physical channels, and collection, transforming Bell states into phase-shifted states. This degrades interference visibility, increases the quantum bit error rate (QBER), and limits secure key generation. Conventional compensation techniques, such as birefringent crystals, interferometric stabilization, and spatial light modulators, are often impractical in real-world deployments. Here, we demonstrate a simple and versatile phase-compensation scheme that can be implemented at either the source or the receiver to eliminate arbitrary relative phases in Bell states. We theoretically and experimentally quantify the dependence of QBER in the BBM92 protocol on the relative phase and show that geometric-phase-based control can effectively restore entanglement quality. In a proof-of-concept experiment using a nondegenerate polarization Bell state, we achieve a fidelity exceeding 95% and reduce QBER below the 11% security threshold required for secure QKD. This robust approach enables practical phase control in entangled-photon systems and can be extended to time-bin QKD via time-polarization mapping, offering a promising route toward stable, low-QBER quantum communication.
- Abstract（参考訳）: 絡み合いに基づく量子鍵分布(QKD)は、通常自然パラメトリックダウンコンバージョン(SPDC)によって生成される高忠実度最大絡み合うベル状態の分布に依存する。
実用システムにおいて、望ましくない相対位相は、複屈折、ポンプビームの寄与、不完全な光子対発生、物理チャネルの透過、および収集から生じ、ベル状態は位相シフト状態へと変化する。
これにより、干渉の可視性が低下し、量子ビットエラー率(QBER)が増加し、セキュアな鍵生成が制限される。
複屈折結晶、インターフェロメトリ安定化、空間光変調器といった従来の補償技術は、実世界の展開では実用的ではないことが多い。
本稿では、ベル状態の任意の相対位相を除去するために、ソースまたは受信機で実装可能な、シンプルで多目的な位相補償方式を示す。
我々は,BBM92プロトコルにおけるQBERの相対位相依存性を理論的,実験的に定量化し,幾何位相に基づく制御が絡み合いの品質を効果的に回復できることを示す。
非退化偏極ベル状態を用いた概念実証実験では、95%を超える忠実度を実現し、セキュアQKDに必要な11%のセキュリティ閾値以下でQBERを低減する。
このロバストなアプローチは、絡み合った光子系の実用的な位相制御を可能にし、時間分極写像により時間ビンQKDに拡張することができ、安定で低QBER量子通信への有望な経路を提供する。
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