論文の概要: Hardware-Free Polarization Stabilization for Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution via Correlated Twirling
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.07229v1
- Date: Fri, 08 May 2026 04:27:30 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-11 19:43:38.798506
- Title: Hardware-Free Polarization Stabilization for Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution via Correlated Twirling
- Title（参考訳）: 相関性ツイリングによる測定デバイス非依存量子鍵分布のハードウェアフリー偏光安定化
- Authors: Papon Pewkhom, Nattee Jeennugool, Norshamsuri Ali, Rosdisham Endut, Syed Alwee Aljunid, Pruet Kalasuwan,
- Abstract要約: 本稿では,ハードウェアフリーの偏光安定化手法を提案する。
このプロトコルは、完全に仮想後処理ステップとして実行され、2/3の係数で固有のチャネルノイズを数学的に抑制する。
デコイ状態の弱いコヒーレントパルスと親和性のあるこのアルゴリズムは、堅牢な長距離量子ネットワークのための高度にスケーラブルでリソース効率の高いフレームワークを提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution (MDI-QKD) provides unconditional security against detector vulnerabilities, but its practical deployment is severely hindered by asymmetric channel turbulence. Fluctuations in optical fibers induce arbitrary polarization drift, degrading Hong-Ou-Mandel interference and forcing extensive calibration downtime. In this work, we propose a hardware-free polarization stabilization technique utilizing a Correlated Twirling protocol based on a unitary 2-design. By applying a synchronized, public twirling supermap, Alice and Bob mathematically transform deterministic, asymmetric geometric rotations into an isotropic Pauli depolarizing channel. Executed entirely as a virtual post-processing step during classical sifting, this protocol mathematically suppresses intrinsic channel noise by a factor of 2/3. We demonstrate through exact quantum state simulations that this induced symmetry neutralizes catastrophic axis-dependent failures, extending the Y-bias tolerance from 0.68 to 0.84 radians. Furthermore, the protocol passively extends the absolute angular misalignment tolerance for the 11% security threshold from $38.7^\circ$ to $47.9^\circ$, sustaining secure key distillation over extended fiber distances in highly turbulent regimes where standard architectures fail. Inherently compatible with decoy-state weak coherent pulses, this algorithmic approach provides a highly scalable, resource-efficient framework for robust long-distance quantum networks.
- Abstract（参考訳）: 測定デバイス非依存量子鍵分布(MDI-QKD)は、検出器の脆弱性に対する無条件のセキュリティを提供するが、その実際の展開は非対称チャネル乱流によって著しく妨げられている。
光ファイバのゆらぎは任意の偏光ドリフトを引き起こし、香港・ウー・マンデル干渉を劣化させ、広い校正ダウンタイムを強制する。
本研究では,Correlated Twirlingプロトコルを用いたハードウェアフリー偏光安定化手法を提案する。
シンクロナイズド・パブリック・ツイリング・スーパーマップを適用することで、アリスとボブは数学的に決定論的、非対称な幾何学的回転を等方的なパウリ偏極チャネルに変換する。
このプロトコルは、古典的なシフティングにおいて仮想的な後処理ステップとして完全に実行され、固有チャネルノイズを2/3の係数で数学的に抑制する。
我々は、この誘起対称性が破滅的な軸依存の失敗を中和し、Yバイアス耐性を0.68から0.84ラジアンにまで拡張する、正確な量子状態シミュレーションを通して示す。
さらに、このプロトコルは、11%のセキュリティしきい値に対する絶対的な角方向の不整合耐性を38.7^\circ$から47.9^\circ$にパッシブに拡張し、標準アーキテクチャが失敗する高度に乱れやすい状況下での繊維距離を安全にキー蒸留する。
このアルゴリズムは、デコイ状態の弱いコヒーレントパルスと真に互換性があり、堅牢な長距離量子ネットワークのための高度にスケーラブルでリソース効率の高いフレームワークを提供する。
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