論文の概要: Delta-sigma noise shaping for low-resolution quantization in Gaussian-modulated continuous-variable quantum key distribution
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.23654v1
- Date: Fri, 16 Oct 2026 15:50:31 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-20 00:56:07.997758
- Title: Delta-sigma noise shaping for low-resolution quantization in Gaussian-modulated continuous-variable quantum key distribution
- Title（参考訳）: ガウス変調連続可変量子鍵分布における低分解能量子化のためのデルタ-シグマノイズシェーピング
- Abstract要約: ガウス変調CVQKDにおける低分解能波形生成のためのDSM(Digital delta-variable-Sigma modulation)を示す。
ファイバー20kmを超える500MBのCVQKDシステムでは、3ビットの2次DSMがオーバーサンプリング比で46.38Mbpsと推定される秘密鍵レートを達成している。
DSMノイズ伝達関数と整合フィルタを組み合わせたノイズモデルにより,サンプリングレートと信号バンド設計を効果的に抑制する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.8867734668878648
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Low-resolution digital-to-analog conversion can simplify continuous-variable quantum key distribution (CVQKD) transmitters, but coarse quantization increases excess noise and can generate data-correlated spectral replicas. We demonstrate digital delta--sigma modulation (DSM) for low-resolution waveform generation in Gaussian-modulated CVQKD. In a 500-MBaud CVQKD system over 20~km of fiber, 3-bit second-order DSM achieves an estimated asymptotic secret key rate of 46.38~Mbps at an oversampling ratio of 12, whereas uniform quantization yields no positive rate. With 4-bit second-order DSM, the rate reaches 50.11~Mbps, approximately 97\% of the 12-bit reference. A noise model combining the DSM noise-transfer function with matched filtering guides the sampling-rate and signal-band design for effective noise suppression. We also identify a phase-conjugate spectral replica arising from third-order intermodulation between the pilot tone and quantum signal, and evaluate its key-rate penalty using a linear-replica security model. At 3-bit resolution and an oversampling ratio of 24, first-order DSM reduces the experimentally estimated leakage-mode strength by approximately four orders of magnitude. Together, our findings establish the security boundaries and operating conditions of DSM, providing design guidance for low-resolution CVQKD transmitters.
- Abstract（参考訳）: 低解像度のデジタル・アナログ変換は、連続可変量子鍵分布(CVQKD)送信機を単純化することができるが、粗い量子化は余剰ノイズを増大させ、データ関連スペクトルレプリカを生成することができる。
ガウス変調CVQKDにおける低分解能波形生成のためのディジタルデルタ-シグマ変調(DSM)を示す。
ファイバー20〜kmを超える500MBaudのCVQKDシステムでは、3ビットの2次DSMが46.38〜Mbpsの漸近秘密鍵レートをオーバーサンプリング比12で達成する一方、均一量子化は正のレートを得られない。
4ビットの2次DSMでは、12ビット参照の約97倍の50.11~Mbpsに達する。
DSMノイズ伝達関数と整合フィルタを組み合わせたノイズモデルにより,サンプリングレートと信号バンド設計を効果的に抑制する。
また、パイロット音と量子信号の3次相互変調から生じる位相共役スペクトルレプリカを同定し、線形レプリカセキュリティモデルを用いて鍵レートのペナルティを評価する。
3ビットの分解能と24のオーバーサンプリング比で、第1次DSMは、実験的に推定された漏洩モード強度を約4桁削減する。
そこで本研究では,DSMのセキュリティ・バウンダリと動作条件を確立し,低分解能CVQKD送信機の設計指針を提供する。
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