論文の概要: Spatially Adaptive Detection for Satellite-based QKD under Atmospheric Turbulence Channel
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.16678v1
- Date: Fri, 15 May 2026 22:33:03 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-19 17:57:46.90688
- Title: Spatially Adaptive Detection for Satellite-based QKD under Atmospheric Turbulence Channel
- Title（参考訳）: 大気圧流路における衛星QKDの空間適応検出
- Authors: Yaoxuan Yang, Ivi Afxenti, Majid Safari,
- Abstract要約: 量子鍵分布(QKD)は、情報理論のセキュリティと衛星ベースの量子鍵分布(SatQKD)を提供し、この通信セキュリティを大陸間スケールにまで拡張する可能性を実証した。
大気の乱流は受信した光ビームの空間分布に大きな歪みを引き起こすが、背景のノイズは検出器面全体でほぼ均一である。
本研究では, 単一光子検出器アレイの空間的自由度を利用して, 乱流に起因したチャネル変動に適応しながら過度なノイズを除去する手法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.1500416740977455
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum key distribution (QKD) provides information-theoretic security and satellite-based quantum key distribution (SatQKD) has demonstrated the potential to extend this communication security to intercontinental scales. However, atmospheric turbulence induces significant distortion in the spatial distribution of received optical beams, while background noise remains approximately uniform across the detector plane. As a result, single-element qubit (quantum bit) detection can be frequently dominated by noise due to the random spatial pattern of the imaged wavefront, thereby degrading the system performance. To address this limitation, we propose to exploit the spatial degrees of freedom of single-photon detector arrays to reject the excessive noise while adapting to channel variations induced by turbulence. We develop a threshold-based selection method that only activates detector elements that have higher probability of registering qubits. We evaluate the performance of the proposed noise-rejection QKD schemes using Monte Carlo simulations considering the impact of diffraction and atmospheric turbulence on the transmitted optical beam in the presence of background and dark noise. The results show that, compared to conventional schemes, the proposed noise-rejection strategy effectively reduces the quantum bit error rate (QBER) and improves the secret key rate (SKR) performance, while the performance gains depend on the turbulence condition. These findings demonstrate the potential of adaptive array receiver design to enhance the robustness of the SatQKD system under realistic atmospheric conditions.
- Abstract（参考訳）: 量子鍵分布(QKD)は、情報理論のセキュリティと衛星ベースの量子鍵分布(SatQKD)を提供し、この通信セキュリティを大陸間スケールにまで拡張する可能性を実証した。
しかし、大気の乱流は受信した光ビームの空間分布に大きな歪みを生じさせ、背景ノイズは検出器面全体でほぼ均一である。
その結果、単素子量子ビット(量子ビット)検出は、撮像波面のランダムな空間パターンによるノイズによって頻繁に支配され、システム性能が劣化する。
この制限に対処するため,単一光子検出器アレイの空間的自由度を利用して,乱流に起因したチャネル変動に適応しながら過度のノイズを除去する手法を提案する。
量子ビットを登録する確率の高い検出器要素のみを活性化するしきい値に基づく選択法を開発した。
モンテカルロシミュレーションを用いて, 背景雑音と暗騒音の存在下での透過光線に対する回折および大気乱流の影響を考慮したノイズ除去QKD方式の性能評価を行った。
その結果,従来の手法と比較して,提案手法は量子ビット誤り率 (QBER) を効果的に低減し,秘密鍵レート (SKR) の性能向上を図っている。
これらの結果は、現実的な大気条件下でのSatQKDシステムのロバスト性を高めるためのアダプティブアレイレシーバ設計の可能性を示している。
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