論文の概要: Performance Analysis of Underwater Quantum Key Distribution Protocols: BB84, SARG04, and BBM92
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.29513v1
- Date: Thu, 28 May 2026 07:34:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-30 02:45:55.954684
- Title: Performance Analysis of Underwater Quantum Key Distribution Protocols: BB84, SARG04, and BBM92
- Title（参考訳）: BB84, SARG04, BBM92における水中量子鍵分配プロトコルの性能解析
- Authors: Nour Rizk, Angélique Drémeau, Arnaud Coatanhay,
- Abstract要約: 本研究ではBB84, SARG04, BBM92プロトコルの性能について検討した。
主な性能基準は、量子ビット誤り率(QBER)と通信相手間の量子相関である。
- 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 quantum key distribution (UQKD) ensures unconditional communication security based on the fundamental principles of quantum mechanics. This study examines the performance of the BB84, SARG04, and the entanglement-based BBM92 protocols under the impact of both system optical parameters and the physical effects of the underwater channel. The main performance criteria considered are the quantum bit error rate (QBER) and the quantum correlation between the communicating parties as functions of the propagation distance in three types of non-turbulent seawater: clear, coastal, and turbid. For the BBM92 protocol, the quantum channel is modeled using Kraus operators, which characterize the combined effects of attenuation and depolarization on maximally-entangled photons, allowing the derivation of our analytical expression of the QBER, based on the correlation losses between measurements. Monte Carlo simulation results validate the analytical expression of the QBER for all the studied protocols, under various water types, atmospheric conditions, and system parameters. The results determine the conditions under which QKD protocols achieve optimal performance for secure and efficient underwater quantum communications.
- Abstract（参考訳）: 水中量子鍵分布(UQKD)は、量子力学の基本原理に基づく無条件通信セキュリティを保証する。
本研究では, BB84, SARG04, BBM92プロトコルの性能を, システム光学パラメータと水中チャネルの物理的影響の両方の影響下で検討した。
主な性能基準は, クリア, 海岸, タービッドの3種類の非乱流水中における伝播距離の関数として, 通信部間の量子ビット誤り率(QBER)と量子相関である。
BBM92プロトコルでは、量子チャネルをKraus演算子を用いてモデル化し、最大絡み合った光子に対する減衰と脱分極の複合効果を特徴付け、測定間の相関損失に基づいてQBERの解析的表現の導出を可能にする。
モンテカルロシミュレーションの結果, 各種水型, 大気条件, システムパラメータを用いて, 研究対象プロトコルのQBERの解析式を検証した。
その結果、QKDプロトコルが安全かつ効率的な水中量子通信に最適な性能を発揮する条件が決定された。
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