Parameters optimization based on neural network of practical wavelength division multiplexed decoy-state quantum key distribution

2021 ◽  
pp. 2150479
Author(s):  
Jia-Hao Li ◽  
Lei Shi ◽  
Tian-Xiu Li ◽  
Yang Xue ◽  
Zhi-Yun Zhang ◽  
...  

The integration of quantum key distribution (QKD) devices with the existing optical fiber networks is of great significance in reducing the deployment costs and saving fiber resources. Wavelength division multiplexing (WDM) is expected to be a desirable approach to fulfill this ultimate task. In this paper, we analyze the dominant noises in WDM-based QKD system and optimize the key parameters based on a modified model with 200 GHz channel spacing. Then, an appropriate decoy-state method is adopted to estimate the system performance considering statistical fluctuations. Finally, a three-layer artificial neural network is used to train and predict the optimal mean photon numbers within different situations. Our work provides a useful method for the parameters optimization of WDM-QKD system and accelerates the practical development of QKD that coexists with the current backbone fiber infrastructure.

2005 ◽  
Vol 03 (supp01) ◽  
pp. 143-143 ◽  
Author(s):  
HOI-KWONG LO

Quantum key distribution (QKD) allows two parties to communicate in absolute security based on the fundamental laws of physics. Up till now, it is widely believed that unconditionally secure QKD based on standard Bennett-Brassard (BB84) protocol is limited in both key generation rate and distance because of imperfect devices. Here, we solve these two problems directly by presenting new protocols that are feasible with only current technology. Surprisingly, our new protocols can make fiber-based QKD unconditionally secure at distances over 100km (for some experiments, such as GYS) and increase the key generation rate from O(η2) in prior art to O(η) where η is the overall transmittance. Our method is to develop the decoy state idea (first proposed by W.-Y. Hwang in "Quantum Key Distribution with High Loss: Toward Global Secure Communication", Phys. Rev. Lett. 91, 057901 (2003)) and consider simple extensions of the BB84 protocol. This part of work is published in "Decoy State Quantum Key Distribution", . We present a general theory of the decoy state protocol and propose a decoy method based on only one signal state and two decoy states. We perform optimization on the choice of intensities of the signal state and the two decoy states. Our result shows that a decoy state protocol with only two types of decoy states—a vacuum and a weak decoy state—asymptotically approaches the theoretical limit of the most general type of decoy state protocols (with an infinite number of decoy states). We also present a one-decoy-state protocol as a special case of Vacuum+Weak decoy method. Moreover, we provide estimations on the effects of statistical fluctuations and suggest that, even for long distance (larger than 100km) QKD, our two-decoy-state protocol can be implemented with only a few hours of experimental data. In conclusion, decoy state quantum key distribution is highly practical. This part of work is published in "Practical Decoy State for Quantum Key Distribution", . We also have done the first experimental demonstration of decoy state quantum key distribution, over 15km of Telecom fibers. This part of work is published in "Experimental Decoy State Quantum Key Distribution Over 15km", .


Author(s):  
Hiền

Phân phối khoá lượng tử QKD (Quantum Key Distribution) là giải pháp có khả năng đảm an ninh vô điều kiện nhờ áp dụng luật cơ lượng tử để phân phối khóa an toàn giữa hai bên hợp pháp với sự hiện diện của kẻ nghe lén. Sử dụng vệ tinh để phân phối khóa lượng tử tới các trạm mặt đất qua kênh quang không gian tự do FSO (Free Space Optic) là giải pháp hứa hẹn tạo ra một mạng QKD phạm vi toàn cầu. Tuy nhiên, do ảnh hưởng của kênh FSO, đặc biệt là nhiễu loạn khí quyển, tốc độ truyền khóa bí mật SKR (Secret Key Rate) của các hệ thống QKD hiện tại bị hạn chế. Do đó, nghiên cứu này đề xuất mô hình hệ thống QKD đa kênh dựa trên ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) và ghép kênh sóng mang phụ SCM (Sub Carrier Multiplexing) nhằm tăng SKR. Sử dụng phương pháp phân tích lý thuyết với các công cụ giải tích và xác suất, nhóm tác giả đã xây dựng các công thức tính toán SKR và tỉ lệ lỗi bit lượng tử của hệ thống đề xuất. Kết quả khảo sát hiệu năng cho thấy, hệ thống QKD đa kênh cho phép cải thiện SKR so với hệ thống đơn kênh trong khi vẫn đảm bảo yêu cầu về QBER (Quantum Bit Error Rate).


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document