論文の概要: End-to-End Quantum Key Distribution Across Hybrid Fiber and Free-Space Links with All-Optical Encoding Conversion
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.12837v1
- Date: Tue, 14 Jul 2026 14:53:53 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-15 17:08:30.177768
- Title: End-to-End Quantum Key Distribution Across Hybrid Fiber and Free-Space Links with All-Optical Encoding Conversion
- Title（参考訳）: 全光符号化変換によるハイブリッドファイバと自由空間リンク間のエンド・ツー・エンド量子鍵分布
- Abstract要約: 量子鍵分布(QKD)は情報理論的に安全な通信を約束するが、将来のネットワークはファイバーと自由空間のリンクをブリッジしなければならない。
ここでは、完全なハイブリッドファイバと自由空間QKDリンクを示し、この2つのエンコーディングを光領域で完全に変換する。
その結果、ファイバーと自由空間量子通信プラットフォーム間の実用的なインターフェースとして、セキュアなフォトニック符号化変換が確立された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0022414296354392
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum key distribution (QKD) promises information-theoretically secure communication, but future networks must bridge fiber and free-space links that naturally employ different photonic encodings, namely time-bin in fiber and polarization in free space. Here we demonstrate a complete hybrid fiber and free-space QKD link that bridges both media within a single end-to-end protocol, converting between the two encodings entirely in the optical domain. Using the decoy-state BB84 protocol operating at 1550 nm, we demonstrate continuous secure-key generation over a 90 m outdoor free-space link. The system operates across atmospheric conditions spanning more than two orders of magnitude in the refractive-index structure parameter Cn^2, from strong daytime turbulence to quiescent nighttime conditions, and we further validate photon-level operation over a 750 m free-space extension. Throughout, the link maintains a session-mean quantum bit error rate (QBER) of 5.6-6.8%, well below the 11% BB84 security threshold. The encoding conversion is performed entirely in the optical domain without measurement or state reconstruction, preserving the security assumptions of the BB84 protocol. Consequently, the time-bin-to-polarization (T2P) and polarization-to-time-bin (P2T) converters remain part of the untrusted quantum channel rather than trusted intermediate nodes. These results establish secure photonic encoding conversion as a practical interface between fiber and free-space quantum communication platforms, providing a building block for future quantum networks applications.
- Abstract（参考訳）: 量子鍵分布(QKD)は情報理論的に安全な通信を約束するが、将来のネットワークはファイバーと自由空間のリンクをブリッジしなければならない。
ここでは、両メディアを単一のエンドツーエンドプロトコルでブリッジする完全なハイブリッドファイバと自由空間QKDリンクを示し、この2つのエンコーディングを光学領域で完全に変換する。
1550nmで動作するデコイ状態BB84プロトコルを用いて,90m自由空間リンク上で連続的なキー生成を示す。
本システムは, 夜間の強い乱流から夜間の低周波環境まで, 屈折率構造パラメータCn^2の2桁以上の大気条件で動作し, さらに750m自由空間上での光子レベルの動作を検証した。
このリンクはセッション平均量子ビット誤り率(QBER)が5.6-6.8%であり、11%のBB84セキュリティ閾値を大きく下回っている。
符号化変換は、BB84プロトコルのセキュリティ仮定を保存するため、測定や状態再構成なしに、光学領域で完全に実行される。
したがって、T2P(T2P)とP2T(P2T)コンバータは、信頼できる中間ノードではなく、信頼できない量子チャネルの一部である。
これらの結果は、ファイバーと自由空間量子通信プラットフォーム間の実用的なインターフェースとしてセキュアなフォトニック符号化変換を確立し、将来の量子ネットワークアプリケーションのためのビルディングブロックを提供する。
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