基于无人机的自由空间量子链路的统一框架：光束整形与自适应视场控制
信号处理
2025-06-26 v1 量子物理
摘要
本文开发了一个全面的分析框架，用于对无人机(UAV)到地面量子通信链路进行建模和性能评估，该框架包含了关键物理损伤，如光束发散、发射端和接收端的指向误差、大气衰减、湍流引起的衰落、窄视场(FoV)滤波以及背景光子噪声。为了克服传统宽光束假设的局限性，我们引入了一种基于网格的光子捕获概率近似方法，该方法在紧聚焦光束下仍保持精确。推导了量子密钥生成率和量子比特误码率(QBER)的解析表达式，从而能够快速可靠地进行系统级评估。我们的结果表明，基于无人机的自由空间光(FSO)链路上的安全量子密钥分发(QKD)需要光束腰斑小于10厘米和亚毫弧度级的跟踪精度，才能达到Mbps级的密钥率和低于的QBER。此外，我们强调了接收端视场在平衡背景噪声抑制和失准容忍度方面的关键作用，并提出了在不同光照和对准条件下的自适应视场调谐策略。所提出的框架为下一代机载量子通信系统的设计、优化和部署提供了一个易处理且精确的工具。
引用
@article{arxiv.2506.20336,
title = {A Unified Framework for UAV-Based Free-Space Quantum Links: Beam Shaping and Adaptive Field-of-View Control},
author = {Mohammad Taghi Dabiri and Mazen Hasna and Saif Al-Kuwari and Khalid Qaraqe},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.20336},
year = {2025}
}