Emulation der Satelliten-Uplink-Quantenkommunikation im µm mit verschränkten Photonen

Thomas Jaeken, Alexander Pickston, Faris Redza, Thomas Jennewein und Alessandro Fedrizzi

Abstrakt

Die Übertragungsraten im Quantenmikrometerbereich ( µm terrestrischer µm -Netzwerke sind selbst bei Vorhandensein von µm Repeatern prinzipiell durch die Faserverluste begrenzt. Satelliten bieten eine Lösung für die Fernkommunikation. Das gängigste Szenario nutzt Prepare-and-Measure-Protokolle, um über Freiraum-Downlinks eine Verbindung vom Orbit zu einer vertrauenswürdigen Bodenstation herzustellen. Uplink-Szenarien hingegen ermöglichen die Verteilung von Verschränkung zwischen einem Satelliten und entfernten Endnutzern in terrestrischen Netzwerken, wodurch jegliche Vertrauensanforderung an die Bodenstation entfällt. Wir demonstrieren hier eine ultrahelle Quelle weit entfernter, nicht-entarteter verschränkter Photonen und führen eine µm Schlüsselverteilung in simulierten Satellitenszenarien mit hohen Verlusten durch. Mit einem Dämpfungsprofil, das dem eines der wegweisenden Micius-Uplink-Experimente entspricht, und einem terrestrischen Endnutzer, der durch 10 km Glasfaserleitung getrennt ist, erreichen wir im asymptotischen Grenzfall eine sichere Schlüsselbit µm von 5,2 kbit/s in einem einzigen emulierten Überflug. Unsere Ergebnisse bestätigen die Realisierbarkeit zukünftiger Satellitenmissionen für Empfänger in niedriger Erdumlaufbahn.