高次元量子鍵配送

高次元量子鍵配送（HDQKD）は、二者間の安全な通信を実現する技術です。従来の二元量子鍵配送（QKD）プロトコル（1ビット/光子に制限される）よりも高い情報効率を実現します。また、HDQKDはノイズ耐性も高く、信号対雑音比（SNR）を低く抑え、伝送距離を長くすることができます。[ 1 ]

実装

HDQKDを実現する一つの方法は、空間分割多重技術を用い、光角運動量（OAM）モードなどを用いて量子情報を空間次元で符号化することです。OAMモードは自由空間リンクを介したHDQKD伝送に実証されていますが、長距離光ファイバリンクを介した伝送はモード間クロストークの影響で困難です。代替アプローチとして、独立したコアを持つマルチコア光ファイバ（MCF）を用いることがあります。MCFはコア数が多く、コア間のクロストークが低いという利点があります。[ 1 ]

しかし、MCFを用いたHDQKDの実装には課題もあります。MCFにおける高次元量子状態の操作には精密な位相安定性が必要であり、これは実現が困難な場合があります。さらに、光ファイバーを介して量子状態を伝送すると、ノイズや損失が発生し、忠実度の低下や量子ビット誤り率（QBER）の上昇につながる可能性があります。[ 1 ]

高次元QKDのもう一つの有望な方法は、エルミート・ガウス（HG）空間モードの利用である。これは直交座標系において完全な直交基底を形成し、標準的な空間光変調器を用いて実装できる。HGモードはスケーラブルな次元性と、屋内および屋外の自由空間伝送との互換性を提供する。最近のデモンストレーションでは、HGモードを用いて最大16次元をエンコードし、最大90メートルの距離で安全な鍵配布を実現した。この空間モードベースのHDQKDは、ふるい分けされた光子あたりのビット数（d = 8で最大1.55 BSP）において偏光ベースのエンコードよりも性能が優れており、短距離光無線リンクに適している。[ 2 ]

参照

参考文献

  1. ^ a b c Ding, Yunhong; Bacco, Davide (2017). 「シリコンフォトニック集積回路を用いたマルチコアファイバーに基づく高次元量子鍵配送」 . npj Quantum Information . 3 (1): 25. arXiv : 1610.01812 . Bibcode : 2017npjQI...3...25D . doi : 10.1038/s41534-017-0026-2 . S2CID  51842962. 2022年12月26日閲覧。
  2. ^マイヤー, ジョセフ; レチェス, ユヴァル; ローゼンマン, ゲオルギ・ゲイリー; オズ, ヤロン; サコウスキー, ハイム; アリー, アディ (2025). 「空間光モードを用いた自由空間量子鍵配送のアナロジー：距離と次元のスケールアップ」. Optics Letters . **50** (10): 3297–3300. doi:[10.1364/OL.557649]( https://doi.org/10.1364/OL.557649 ).
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