集成分布式传感与量子通信网络
量子物理
2024-03-20 v1
摘要
传感与通信的融合可在实现泛在通信的同时实现泛在传感。在日益完善的全球通信网络中，基于光纤的集成传感与通信（ISAC）系统能够实现城市结构成像、地震波检测和管道安全监测等多种功能。随着量子通信的发展，基于光纤的量子网络正逐步建立。本文提出一种集成传感与量子网络（ISAQN）方案，可在标准量子极限下实现多节点间的安全密钥分发与分布式传感。采用连续变量量子密钥分发（CV-QKD）协议和往返多频带结构实现多节点安全密钥分发，同时提出频谱相位监测（SPM）协议以实现分布式传感，通过监测频谱确定振动节点，并通过监测相位变化恢复振动波形。通过在星型结构网络中模拟振动，对该方案进行了实验验证。实验结果表明，该多用户量子网络在10 km标准光纤传输下，每用户可实现约0.7 Mbits/s的安全密钥率（SKR），网络容量为8。在分布式传感方面，可实现1 Hz至2 kHz的振动响应带宽、0.50 nε/√Hz的应变分辨率，以及在散粒噪声极限检测下0.20 m的空间分辨率。所提出的ISAQN方案能够在多点网络中同时实现量子通信与分布式传感，为未来大规模量子网络与高精度传感网络奠定基础。
引用
@article{arxiv.2403.12602,
title = {Integrated distributed sensing and quantum communication networks},
author = {Yuehan Xu and Tao Wang and Peng Huang and Guihua Zeng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.12602},
year = {2024}
}