基于大气湍流信道的卫星 QKD 空间自适应检测
量子物理
2026-05-19 v1 密码学与安全
信号处理
摘要
量子密钥分发（QKD）提供信息论安全，卫星-based QKD（SatQKD）已展示了将这种通信安全扩展至跨洞尺度的潜力。然而，大气湍流会导致接收光束的空间分布出现显著扭曲，而背景噪声在探测器平面上保持约略均匀。因此，单元素量子比特（qubit）检测可能因成像波前的随机空间模式而被噪声主导，从而降低系统性能。为解决此限制，我们提出利用单光子探测器阵列的空间自由度来抑制过多噪声并适应湍流引起的信道变化。我们开发了基于阈值的选择方法，仅激活具有更高概率注册 qubit 的探测器元素。我们采用蒙特卡罗模拟评估了所提出的噪声抑制 QKD 方案的性能，模拟中考虑了衍射和大气湍流对传输光束的影响，以及背景噪声和暗噪声。结果表明，与传统方案相比，所提出的噪声抑制策略有效降低了量子比特误码率（QBER），并改善了密钥率（SKR）性能，性能提升取决于湍流条件。这些发现表明，自适应阵列接收器设计有望在现实大气条件下增强 SatQKD 系统的鲁棒性。
引用
@article{arxiv.2605.16678,
title = {Spatially Adaptive Detection for Satellite-based QKD under Atmospheric Turbulence Channel},
author = {Yaoxuan Yang and Ivi Afxenti and Majid Safari},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.16678},
year = {2026}
}