Drohnenbasierte quantitative µm -Schlüsselverteilung (QKD)

Andrew Conrad, Samantha Isaac, Roderick Cochran, Daniel Sanchez-Rosales, Brian Wilens, Akash Gutha, Tahereh Rezaei, Daniel J. Gauthier, Paul Kwiat

Abstrakt

Unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) werden in µm Anwendungen eingesetzt, von Verteidigung und Strafverfolgung über Umweltüberwachung und Katastrophenhilfe bis hin zu Luftbildfotografie und der Zustellung von µm . Die Sicherung der drahtlosen Kommunikation zwischen Drohnen im Flug ist entscheidend für einen sicheren Betrieb und um verschiedene Angriffe wie Abhören, Spoofing und Jamming zu verhindern. µm bieten Verbesserungen gegenüber klassischen Ansätzen. In dieser Arbeit präsentieren wir Fortschritte bei der Demonstration der µm (QKD) zwischen zwei Drohnen im Flug. Eine wesentliche Herausforderung besteht darin, die Systemleistung trotz der geringen Größe, des geringen Gewichts und des niedrigen Stromverbrauchs (SWaP) der Drohne zu gewährleisten. Wir stellen kritische Subsysteme vor und bewerten sie, darunter die QKD-Quelle, die auf von einem FPGA gesteuerten Leuchtdioden (LEDs) in einem Resonator basiert, sowie eine sekundäre QKD-Quelle auf Basis eines fasergekoppelten Polarisationsmodulators. Das Pointing, Acquisition and Tracking (PAT)-System besteht aus mehreren kaskadierten Subsystemen. Diese ermöglichen die Grobausrichtung mittels Infrarot-(IR)-Baken/Kameras mit Kardanaufhängung und die Feinausrichtung mittels Fast Steering Mirrors (FSM) mit Absolutwertgebern und Positionssensoren. Wir beschreiben sowohl die Sende- als auch die Empfangsoptik, einschließlich speziell entwickelter, 3D-gedruckter optischer Bänke. Abschließend stellen wircto, einen FPGA-basierten Zeitgeber und einen neuartigen statistischen Synchronisierungsalgorithmus für die Nachbearbeitung vor. Die Etablierung einer µm -Kommunikationsverbindung zwischen Drohnen im Flug ist eine wichtige Voraussetzung für zukünftige drohnenbasierte µm Anwendungen wie die Verteilung von Verschränkung, die verteilte µm Sensorik und die µm -Positionsverifizierung (QPV).