論文の概要: Non-Maximally Entangled States for Quantum Key Distribution in Underwater Channels: BBM92 Protocol via Kraus Operators

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.23547v1
• Date: Fri, 22 May 2026 12:11:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-25 17:29:20.336838
• Title: Non-Maximally Entangled States for Quantum Key Distribution in Underwater Channels: BBM92 Protocol via Kraus Operators
• Title（参考訳）: 水中チャネルにおける量子鍵分布の非最大エンタングル状態:クラウス演算子によるBBM92プロトコル
• Authors: Nour Rizk, Angélique Drémeau, Arnaud Coatanhay,
• Abstract要約: 水中光チャネルは、量子通信システムのセキュリティと信頼性に重大な課題をもたらす。 実際の水中チャネル条件下でのBBM92エンタングルメントに基づく量子鍵分布(QKD)プロトコルについて検討する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2161916475599142
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Underwater optical channels pose significant challenges to the security and reliability of quantum communication systems due to absorption and scattering. In this paper, we investigate the BBM92 entanglement-based quantum key distribution (QKD) protocol under realistic underwater channel conditions. Photon pairs are prepared in non-maximally entangled states, and the underwater propagation medium is modeled as a quantum channel incorporating both amplitude-damping and depolarizing effects, described within the Kraus operator formalism. The protocol performance is evaluated in terms of quantum bit error rate (QBER) and secret key rate (SKR), analyzed as functions of the entanglement degree and channel degradation parameters. Closed-form analytical expressions for the QBER and SKR are derived for the proposed channel model and validated through Monte Carlo simulations. The proposed framework is then applied to various realistic underwater scenarios, considering different water types, namely clear ocean, coastal, and turbid water, as well as varying atmospheric conditions.
• Abstract（参考訳）: 水中光チャネルは、吸収と散乱による量子通信システムのセキュリティと信頼性に重大な課題をもたらす。 本稿では,実際の水中チャネル条件下でのBBM92エンタングルメントに基づく量子鍵分布(QKD)プロトコルについて検討する。 光子対は非最大絡み合った状態で調製され、水中の伝搬媒体は、クラウス作用素の定式化に記述された振幅減衰と偏極効果の両方を取り入れた量子チャネルとしてモデル化される。 プロトコル性能は、量子ビット誤り率(QBER)と秘密鍵レート(SKR)の観点から評価され、絡み合い度とチャネル劣化パラメータの関数として解析される。 提案したチャネルモデルに対して,QBERとSKRの閉形式解析式を導出し,モンテカルロシミュレーションにより検証した。 提案手法は, 淡海, 沿岸, 濁水, 大気条件など, 様々な水の種類を考慮し, 様々な現実的な水中シナリオに適用される。

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