小型卫星量子密钥分发任务的有限资源性能

在基于卫星的量子密钥分发（QKD）中，单次卫星经过地面站期间所能生成的秘密比特数受到过境持续时间和自由空间光信道损耗的严重限制。高信道损耗可能因背景噪声而降低信噪比，减少生成的原始密钥比特数，并增加量子比特误码率（QBER），所有这些都对输出的秘密密钥长度产生不利影响。在有限码长安全性分析下，较高的 QBER 会因效率较低的协商和后处理开销，增加提取非零长度秘密密钥所需的最小原始密钥长度。我们表明，有限密钥分析的最新进展使得三个不同的小型卫星 QKD 项目——CQT-Sat、UK-QUARC-ROKS 和 QEYSSat——即使在非常高损耗的条件下也能生成秘密密钥，这改进了基于先前有限密钥界限的估计。这表明低地球轨道卫星可以满足有限码长安全性要求，但对于距离地球更远的卫星仍然具有挑战性。我们分析了每个任务的性能，为改进小型卫星 QKD 任务的性能提供一条明智的路径。我们重点阐述了小型卫星 QKD 和量子网络在短期和长期面临的挑战及潜在未来发展。特别是，我们讨论了在日光下和不同海拔高度实现 QKD 及更广泛的量子网络能力所需克服的一些实验和理论瓶颈以及必要的改进。