Enhanced Uplink Quantum Communication with Satellites via Downlink Channels
在发展全球量子互联网的过程中，与低地球轨道卫星的量子通信将发挥关键作用。这种通信将需要是双向的：不仅在卫星对地面（下行链路）信道中有效，而且在地面对卫星信道（上行链路）中有效。考虑到后者信道上的损耗相对于前者要大得多，应该探索可以利用优越的下行链路来增强上行链路中的量子通信的技术。在这项工作中，我们就是这样做的-探索如何连续变量纠缠的双模压缩真空（TMSV）状态的形式可以用来显着提高保真度的地面到卫星的量子态传输相对于直接上行链路传输。更具体地说，通过详细的相位屏模拟光束演化通过湍流大气中的下行链路和上行链路信道，我们演示了如何TMSV隐形传态信道创建的卫星可以用来显着提高保真度的上行链路相干状态传输相对于直接传输。然后，我们将展示如何，反过来，导致上行链路传输更高的字母表的相干态。此外，我们展示了如何在地面站的TMSV状态的接收到的组件上的非高斯操作可以导致进一步增强。由于TMSV状态可以很容易地在卫星平台上原位产生，并为大多数量子态形成可靠的隐形传态信道，我们的工作表明，未来的卫星形成新兴的量子互联网的一部分，应设计通过TMSV隐形传态的上行链路通信。
2021-02-03 quant-ph
Discrete-Modulated Continuous-Variable Quantum Key Distribution in Satellite-to-Ground Communication
该研究针对星地量子通信需求，通过数值模拟推导不同自由空间信道条件下离散调制连续变量量子密钥分发协议的密钥率，验证了该协议在星地通信中的应用可行性。
2024-06-20 quant-ph
Satellite-based communication for phase-matching measurement-device-independent quantum key distribution
本文研究相位匹配测量设备无关量子密钥分发协议在卫星通信中的可行性，通过椭圆光束模型仿真评估平均密钥率及其概率分布，证明该协议在卫星场景下具有实现可靠密钥率的潜力。
2025-09-19 quant-ph
An updated analysis of satellite quantum-key distribution missions
量子密钥分发（QKD）是一种允许双方建立私有加密密钥的加密方法。由于光纤内衰减和大气损耗，地基QKD的通信范围被限制在100 km的量级，量子中继器的开发仍然具有技术挑战性。虽然可信节点链路使远距离通信成为可能，但全球距离通信需要卫星QKD。通过使用配备高质量光链路的卫星，卫星QKD可以实现1000公里范围内的超长距离量子通信。因此，卫星QKD在创建全球量子网络方面的巨大潜力使其成为特别有趣的研究领域。在此分析中，我们首先概述了执行卫星QKD的技术参数，包括基础设施和协议。我们通过分析世界各地过去，现在和拟议的卫星QKD任务和倡议，继续对卫星QKD的进展进行高级别总结。最后，我们讨论了卫星量子密钥分配目前面临的技术挑战，这可以通过在这一领域的未来研究来解决。
2019-12-03 quant-ph
Emulation of satellite up-link quantum communication with entangled photons
该研究通过超亮远非简并纠缠光子源，在模拟高损耗卫星上行链路场景中实现量子密钥分发，验证了低轨接收卫星任务的可行性。
2025-02-05 quant-ph
Sub-ns timing accuracy for satellite quantum communications
卫星量子通信在过去几年中迅速发展，最终提出、开发和部署了专门用于量子密钥分发的卫星任务，并实现了空间量子力学的基础测试。然而，与基于纤维光学的更成熟的技术相比，仍存在若干挑战，例如以高时间精度探测来自轨道终端的单光子的能力。通常用于估计卫星距离的卫星激光测距也可用于克服这一挑战。例如，可以通过确定微弱激光脉冲的飞行时间来获得高重复率和低背景噪声，这些激光脉冲被地球动力学卫星后向反射，然后在地球上以单光子水平被探测到。在这里，我们报告一个实验，实现约230 ps的时间精度在检测的光信号的几个光子每脉冲反射的卫星在中地球轨道，在超过7500公里的距离，通过使用商业上可用的探测器。最后，从卫星量子通信的探测率和信噪比两个方面对马泰拉激光测距观测站的性能进行了评估。
2019-02-19 quant-ph
Satellite-to-ground quantum communication using a 50-kg-class micro-satellite
由于小尺寸和低成本卫星的可用性，最近用于遥感和通信的卫星星座方案的数量迅速增长，为空间大容量激光通信（lasercom）提供了动力。量子通信可以增强激光通信的整体性能，并且还可以实现被称为量子密钥分发（QKD）的固有防黑客安全通信。在这里，我们报告的量子通信实验之间的微型卫星（48公斤和50厘米立方体）在低地球轨道和地面站与单光子计数器。卫星以10兆赫的重复率发射非正交极化状态。在地面上，通过对接收到的平均为0.14光子/脉冲的量子态进行后处理，即使在显著的多普勒频移下也成功地完成了时钟数据恢复和偏振参考帧同步。测量到低于5%的量子比特错误率，证明了量子通信在太空真实场景中的可行性。
2017-07-12 physics.optics quant-ph
Quantum Communications via Satellite with Photon Subtraction
非高斯连续变量量子态是许多量子信息协议的关键资源。这种状态的产生可以通过光子减法过程在通过信道发送状态之前在发射机侧发生，或者在接收到已经穿过信道的状态时在接收机侧发生。在通过往返于低地球轨道（LEO）卫星的通信信道实现的量子协议的背景下，尚不清楚什么样的光子减法设置将提供最佳性能。在这项工作中，我们表明，对于一个流行的版本的连续变量量子密钥分发之间的地面站和LEO卫星，光子减法在发射机侧是首选的设置。这样的结果与基于光纤的实现相反。我们的研究结果对未来所有寻求利用非高斯量子态提供的机会的天基任务都有影响。
2018-11-21 quant-ph
Optimizing Global Quantum Communication via Satellite Constellations
本文研究利用莫尔尼亚轨道上的量子中继卫星优化卫星星座配置，以改善地面站间QKD并降低传输延迟，为构建稳健高效的全球量子通信网络提供战略框架。
2024-12-31 cs.ET quant-ph
Detecting Orbital Angular Momentum of Light in Satellite-to-Ground Quantum Communications
基于卫星的量子通信为全球范围的信息安全带来了光明的未来。然而，目前在许多主流量子通信系统中使用的光的自旋轨道动量仅允许在二维希尔伯特空间中进行量子编码。另一方面，光的轨道角动量（OAM）使量子编码能够在高维希尔伯特空间中进行，为高容量量子通信开辟了新的机会。然而，由于其相干性引起的退相干效应，大气信道可能限制OAM的实际使用。为了确定OAM是否适用于基于卫星的量子通信，我们数值研究了穿越卫星到地面信道的OAM状态的检测可能性。我们表明，通过这样的渠道使用OAM实际上是可行的。我们使用我们的新结果，然后研究设计规格，可以提高OAM检测-特别是使用先进的自适应光学技术。最后，我们讨论了我们的工作如何为量子通信背景下的天基OAM系统的未来实现提供新的见解。
2019-05-10 physics.optics quant-ph
Analysis of atmospheric effects on satellite based quantum communication: A comparative study
量子密钥分发（QKD）是在自由空间光链路和光纤电缆上实现的密钥交换协议。当直接通信不可能时，QKD通过光纤电缆执行，但是在接收器侧使用的检测器的缺陷以及光纤电缆的材料特性限制了长距离通信。基于自由空间的量子密钥分发不受这些限制，可以为基于卫星的量子通信建立一个全球性的秘密信息共享网络铺平道路。为了实现自由空间光通信，必须研究大气湍流的影响。在这里，分析了基于卫星的量子通信使用QKD协议。结果表明，SARG 04协议是星载量子通信的有效途径。
2019-03-13 cs.IT math.IT quant-ph
Exploiting Spatial Diversity in Earth-to-Satellite Quantum-Classical Communications
本研究首次探讨了利用空间多样性缓解地球到卫星量子通信中衰减问题，通过理论分析和数值模拟证明了多地面站与卫星多接收孔径组合能提升纠缠分布效率。
2025-03-03 eess.SP physics.optics quant-ph
Spacetime effects on satellite-based quantum communications
我们研究了空间-时间弯曲对基于空间的量子通信协议的影响。我们分析的任务，需要在一定的纠缠分发协议或光束的连续变量量子密钥分发方案中的单光子的交换。我们发现，重力影响光子的传播，因此增加了额外的噪声的信道传输的信息。这些影响可以用目前的技术来衡量。
2014-04-26 gr-qc quant-ph
Satellite Quantum Communication via the Alphasat Laser Communication Terminal
通过利用量子效应，我们现在可以使用原则上被证明可以抵御任何可能的攻击的加密技术。这些迷人的量子特性已经在世界各地的城域量子网络中实现。为了长距离连接这种网络，光学卫星通信是首选的方法。标准电信组件允许通过测量场求积（连续变量）有效地实现量子通信。这为我们的激光通信终端（LCT）适应量子密钥分发（QKD）提供了可能性。第一次卫星测量活动目前正在验证我们的方法。
2015-10-15 cs.CR cs.ET physics.ao-ph
Free-space and Satellite-Based Quantum Communication: Principles, Implementations, and Challenges
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Boston University（波士顿大学）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）；Texas A&M University（德克萨斯农工大学）；Indian Institute of Technology Delhi（德里印度理工学院）；University of Melbourne（墨尔本大学）；ZTE Corporation（中兴通讯）
本文综述了卫星量子通信的原理、实现与挑战，探讨了离散变量和连续变量技术的优劣，并分析了大气湍流和量子中继器等关键问题，为全球量子互联网的发展提供方向。
2026-02-01 cs.CR physics.ins-det physics.optics
Satellite-Based Continuous-Variable Quantum Communications: State-of-the-Art and a Predictive Outlook
最近发射的Micius量子卫星预示着远程量子通信向前迈出了重要一步。使用单光子离散变量量子态，这一令人兴奋的新发展毫无疑问地证明，以前在陆地实验中部署在有限范围内的所有量子协议实际上都可以通过使用低轨道卫星转换到全球距离。在这项工作中，我们调查即将扩展的空间为基础的量子通信的连续变量制度-量子制度可能是最密切相关的经典无线通信。CV机制提供了提高通信性能的潜力，代表了量子通信和全球量子互联网发展的下一个重大步骤。
2018-01-09 cs.CR cs.IT math.IT
Satellite Relayed Global Quantum Communication without Quantum Memory
提出利用共动低轨卫星链作为透镜消除衍射损耗，实现无需量子存储的全球量子通信，总损耗低于30dB，并引入地面源探测的量子比特传输协议。
2023-08-31 physics.optics quant-ph
Satellite-based photonic quantum networks are small-world
最近建立星地量子通信的里程碑式实验正在为量子互联网的发展铺平道路，量子互联网是一种通过量子信道互连的网络。在这里，我们采用网络理论来研究基于卫星的量子通信所产生的光子网络的特性，并将其与光纤通信进行比较。我们预测卫星可以产生小世界网络，这意味着从网络的角度来看，物理上遥远的节点实际上很近。我们还分析了网络的连通性，并显示，特别是，他们对随机故障是强大的。这使得基于卫星的量子通信成为最有前途的技术，可以在规模和复杂性不断增长的量子网络中远距离分布纠缠。
2020-12-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
Temporal Modes of Light in Satellite-to-Earth Quantum Communications
光子时间模式（TM）代表了可行的多维量子通信的交付的可能候选者。然而，相对于其他多维量子信息载体，如轨道角动量（OAM），TM受到的关注较少。此外，在新兴的量子互联网和基于卫星的量子通信的背景下，TM没有受到关注。在这项工作中，我们补救这种情况下，考虑通过卫星到地球的通道在TM空间编码的单光子的遍历。我们的研究结果表明，对于预期的大气条件下，光子TM提供了一个有前途的途径，从卫星到地面接收器的高吞吐量量子通信的交付。特别是，我们展示了这些模式可以提供改进的复用性能和优越的量子密钥分发在卫星到地球的信道，相对于OAM单光子状态。概述了保证这一结果的TM歧视水平，并讨论了我们的研究结果对新兴的基于卫星的量子互联网的影响。
2021-06-25 cs.CR cs.IT math.IT
Satellites promise global-scale quantum networks
Institute of Atomic and Molecular Sciences, Academia Sinica（中央研究院原子与分子科学研究所）；Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；John A. Paulson School of Engineering and Applied Science, Harvard University（哈佛大学的约翰·A·保尔森工程与应用科学学院）；Boeing Research and Technology（波音研究与技术）；SUPA Department of Physics, University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学SUPA物理系）；Centre for Computational and Data Sciences, IIT Kharagpur（印度理工学院卡格普分校计算与数据科学中心）；Center for the Science of Materials Berlin (CSMB), Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学材料科学中心）；Ferdinand-Braun-Institut (FBH)（费迪南德·布劳恩研究所）
卫星有望通过减少光子损耗实现长距离量子通信，推动全球量子网络发展。
2025-05-10 physics.optics physics.space-ph quant-ph
Inter-satellite Quantum Key Distribution at Terahertz Frequencies
太赫兹（THz）通信是在高容量下一代无线网络的背景下大量研究的主题。量子通信也是一个深入研究的主题，最近是在天基部署的背景下进行的。在这项工作中，我们探讨了使用太赫兹频率作为一种手段，以实现量子通信的星座内的微型卫星在低地球轨道（LEO）。研究了微小卫星星座与高空地面站之间的量子通信。我们的工作表明，太赫兹量子纠缠分发和太赫兹量子密钥分发是可行的部署方案，在微小卫星的背景下。我们讨论了这种部署如何为全球量子和无线网络的更简单集成开辟了可能性。使用太赫兹频率的量子雷达应用的背景下，低地球轨道部署的可能性进行了简要讨论。
2019-02-21 cs.CR cs.IT math.IT
