自适应光学对地—卫星上行量子密钥分发的增益
光学
2021-01-26 v2 量子物理
摘要
在量子通信中，利用地球轨道卫星来延伸距离近年来受到显著关注，尤以2016年墨子号的发射为典型。量子密钥分发（QKD）等应用协议的性能在很大程度上取决于穿过湍流大气的传输效率，这对地—卫星上行场景尤其具有挑战性。自适应光学（AO）技术多年来已用于天文、通信及其他应用以减轻湍流的有害影响，但其在量子协议中的适用性，以及在上行场景中的具体需求，尚不明晰。在此，我们建模了大气对地面站与卫星间光学上行链路效率的影响，以及AO如何帮助从湍流导致的损耗中恢复。考察近地轨道与地球静止上行两种场景，我们发现使用共对准的下向信标可获得约3dB的链路透射率适度改善，而采用偏置信标（如激光导引星）可使链路大幅改善达7dB。因此，AO结合激光导引星将显著提升QKD地—空上行系统的密钥生成率，尤其因为在此高损耗体制内信道损耗的降低具有有利的非线性密钥率响应。
引用
@article{arxiv.1906.04193,
title = {Adaptive optics benefit for quantum key distribution uplink from ground to a satellite},
author = {Christopher J. Pugh and Jean-Francois Lavigne and Jean-Philippe Bourgoin and Brendon L. Higgins and Thomas Jennewein},
journal= {arXiv preprint arXiv:1906.04193},
year = {2021}
}
备注
9 pages, 5 figures, clarifying updates and simulation updates