論文の概要: Passive Pauli Toggling of Polarization Qubits in Optical Fibers: Error Bounds and QKD Performance
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.21373v1
- Date: Fri, 18 Sep 2026 06:38:11 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-21 18:40:16.881667
- Title: Passive Pauli Toggling of Polarization Qubits in Optical Fibers: Error Bounds and QKD Performance
- Title（参考訳）: 光ファイバの偏光量子のパッシブパウリトグルリング:誤差境界とQKD特性
- Abstract要約: 偏光量子ビットは、ファイバーベースの量子通信への直接的な経路を提供するが、それらを運ぶファイバーは、制御されていない複屈折を通して参照フレームをスクランブルする。
アクティブな補償は一般的に監視とフィードバックに依存し、自然な疑問を提起する。リンク自体が受信機に到達する前にコヒーレントな分極ドリフトを抑えることができるのか?
十分に相関したユニタリドリフト状態に収まることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Polarization qubits offer a direct route to fiber-based quantum communication, yet the fiber that carries them also scrambles their reference frame through uncontrolled birefringence. Active compensation commonly relies on monitoring and feedback, raising a natural question: can the link itself suppress coherent polarization drift before it reaches the receiver? We show that it can within a regime of sufficiently correlated unitary drift. Our central idea is to embed a fixed cyclic sequence of Pauli rotations along the fiber, turning propagation distance into a spatial toggling frame. Rather than estimating and inverting the unknown transformation, the sequence repeatedly reverses its leading action. We establish exact refocusing for constant generators compatible with a two-segment echo, show that a four-frame Pauli cell cancels the leading contribution of any traceless quasi-static generator, and bound the residual error for smoothly varying birefringence. We then connect these guarantees to operational BB84 quantities, including measured QBERs, the resulting secret fraction, and insertion loss. In simulations of a 50 km fiber with spatially correlated birefringence, a representative design reduces the mean QBER from 6.11% to 0.224% at a device spacing of 1.25 km. With an assumed per-device transmission of t = 0.997, this raises the asymptotic key rate per launched pulse by a factor of approximately 2.5. For this parameter set, the best design in the tested scan is not the densest one: error suppression and optical loss create a finite operating window. These results provide a loss-aware design principle for passive polarization stabilization and suggest a low-overhead complement to active tracking in polarization-encoded QKD networks.
- Abstract（参考訳）: 偏光量子ビットは、ファイバーベースの量子通信への直接的な経路を提供するが、それらを運ぶファイバーは、制御されていない複屈折を通して参照フレームをスクランブルする。
アクティブな補償は一般的に監視とフィードバックに依存し、自然な疑問を提起する。リンク自体が受信機に到達する前にコヒーレントな分極ドリフトを抑えることができるのか?
十分に相関したユニタリドリフト状態に収まることを示す。
我々の中心となる考え方は、パウリ回転の固定された周期列をファイバーに沿って埋め込むことで、伝播距離を空間的トグルリングフレームに変えることである。
未知の変換を推定して逆転するのではなく、シーケンスはその先頭の動作を繰り返す。
2重エコーに適合する一定発電機の正確な再焦点を確立し,4フレームのパウリセルが任意のトレースレス準静電発電機の先行寄与をキャンセルし,残差をスムーズに変化させることを示す。
次に、これらの保証を、測定されたQBER、結果の秘密分数、挿入損失を含む運用BB84量に接続する。
空間的に相関した複屈折を持つ50km繊維のシミュレーションでは、平均QBERを1.25km間隔で6.11%から0.224%に削減する。
デバイス当たりの伝送量は t = 0.997 と仮定され、これは発射パルス当たりの漸近キーレートを約2.5倍に上昇させる。
このパラメータセットに対して、テストされたスキャンの最良の設計は、最も密集したものではなく、エラーの抑制と光学的損失によって有限な操作ウィンドウが生成される。
これらの結果は、受動偏光安定化のためのロスアウェア設計原則を提供し、偏光符号化QKDネットワークにおけるアクティブトラッキングに対する低オーバヘッド補間を提案する。
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