論文の概要: Ultra-Large-Capacity Passive Quantum Access Network Powered By Single Thermal Source

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.20077v1
• Date: Tue, 19 May 2026 16:32:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-20 15:03:09.525354
• Title: Ultra-Large-Capacity Passive Quantum Access Network Powered By Single Thermal Source
• Title（参考訳）: 単一熱源を用いた超大容量パッシブ量子アクセスネットワーク
• Authors: Yuehan Xu, Qijun Zhang, Xiaojuan Liao, Zidong Gao, Piao Tan, Xufeng Liang, Hanwen Yin, Peng Huang, Tao Wang, Guihua Zeng,
• Abstract要約: 量子鍵配信(QKD)は、物理法則のセキュリティを備えたワンタイムパッド暗号化を通じて、古典的な通信のためのセキュアな鍵を提供する。 PONベースの Classical Access Networks (CAN) は最大256ユーザをサポートし、10Gbps (10-Gbps @ 256-users) である。 OTP暗号化の同等レート要求はQKDアクセスネットワーク(QAN)に匹敵する性能を要求されるが、最先端のPONベースのQANは、この標準からは程遠いままである。 単一熱から多色量子を分布する受動熱状態QAN(TS-QAN)を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.628843742681645
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum Key Distribution (QKD) provides secure keys for classical communications through one-time-pad (OTP) encryption with physical-law security. Advanced PON-based Classical Access Networks (CANs) support up to 256 users with a total rate of 10 Gbps (10-Gbps @ 256-users). The equivalent rate demand of OTP encryption requires QKD Access Networks (QANs) to reach comparable performance, yet state-of-the-art PON-based QANs remain far from this standard. To address this gap, we propose a passive Thermal-State QAN (TS-QAN) distributing polychromatic quantum randomness from a single thermal source and supporting 304 users with an aggregate secret key rate (SKR) of 13 Gbps (13-Gbps @ 304-users). This performance is enabled by three features. First, broadband thermal states with Bose-Einstein statistics can be represented, through the Glauber-Sudarshan representation, as high-bandwidth Gaussian coherent-state ensembles across frequency modes, eliminating many active modulators and quantum random number generators (QRNGs). Second, Electro-Optic (EO) comb beacons provide time-varying polychromatic phase tracking, so each frequency-mode thermal signal can be coherently measured with a Local Local Oscillator (LLO) aided by its beacon, without large-scale phase-locking networks. Third, state broadcasting allows each user to obtain independent final keys via reverse reconciliation after accounting for residual broadcast-induced correlations, expanding network capacity with small SKR losses. Experimentally, we verify a 13-Gbps @ 304-users TS-QAN using Continuous-Variable QKD (CV-QKD) under covariance-matrix-based network security analysis including multimode Holevo leakage and broadcast correlations. This work meets the SKR and capacity demands from CAN to QAN: 13-Gbps @ 304-users satisfies the 10-Gbps @ 256-users benchmark and provides a scalable solution for modern telecommunication systems.
• Abstract（参考訳）: 量子鍵配信(QKD)は、物理法則のセキュリティを備えたワンタイムパッド(OTP)暗号化を通じて、古典的な通信のためのセキュアな鍵を提供する。 高度なPONベースの Classical Access Networks (CAN) は最大256ユーザをサポートし、合計で10Gbps (10-Gbps @ 256-users) である。 OTP暗号化の同等レート要求はQKDアクセスネットワーク(QAN)に匹敵する性能を要求されるが、最先端のPONベースのQANは、この標準からは程遠いままである。 このギャップに対処するために,1つの熱源から多色の量子ランダム性を分散し,13Gbps (13-Gbps @ 304-users) の集合秘密鍵レート (SKR) で304ユーザをサポートする受動的熱状態QAN (TS-QAN) を提案する。 この性能は3つの特徴によって実現されている。 第一に、ボース=アインシュタイン統計を持つブロードバンドの熱状態は、グラウバー=スダルシャン表現を通じて、周波数モードにまたがる高帯域幅のガウスコヒーレント状態のアンサンブルとして表現でき、多くのアクティブ変調器や量子乱数生成器(QRNG)を排除できる。 第二に、Electro-Optic (EO) comb beaconsは時間変化の多色位相追跡を提供するため、各周波数モードの熱信号は、大規模な位相同期ネットワークを使わずに、ビーコンによって補助される局所局所振動子(LLO)とコヒーレントに測定することができる。 第3に、状態放送は、残余の放送による相関を考慮し、SKR損失の少ないネットワーク容量を拡大した後、各ユーザが逆調整により独立した最終鍵を得ることを可能にする。 連続可変QKD (CV-QKD) を用いた13Gbps @ 304-users TS-QANを,マルチモードホレボリークとブロードキャスト相関を含む共分散行列に基づくネットワークセキュリティ解析により検証した。 13-Gbps @ 304-usersは10-Gbps @ 256-usersベンチマークを満たし、現代の通信システムにスケーラブルなソリューションを提供する。

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