High-Dimensional Quantum Cryptography with Hybrid Orbital-Angular-Momentum States through 25 km of Ring-Core Fiber: A Proof-of-Concept Demonstration
High-Dimensional Quantum Cryptography with Hybrid Orbital-Angular-Momentum States through 25 km of Ring-Core Fiber: A Proof-of-Concept Demonstration
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通过 25 公里环芯光纤实现混合轨道角动量态的高维量子密码学：概念验证演示
DOI：
10.1103/physrevapplied.15.064034
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发表时间：
2021-06
影响因子：
4.6
通讯作者：
Jian Wang
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Qian-Ke Wang;Fang-Xiang Wang;Jun Liu;Wei Chen;Zheng-Fu Han;Andrew Forbes;Jian Wang
量子密码学为在自由空间或光纤链路上传输机密信息提供了固有的安全性。然而，高安全密钥率仍然是量子密码系统面临的一个挑战。高维量子密码学可以忍受更高的信道噪声，是在合法用户之间共享更高安全密钥率的一种有前景的方法，在过去十年中受到了广泛关注。特别是轨道角动量（OAM）可以为高维量子密码提供丰富的资源。此外，将自旋角动量（SAM）与OAM相结合可以增加编码字母。在这里，我们验证了一种基于四维SAM-OAM混合态的量子密码方案。测量到的量子比特误码率为$4.3\ mathm{%}$ 4公里光纤和$16.3\ mathm{%}$ 25公里光纤。该方案简化了状态准备和测量的过程，具有紧凑和可扩展的设置。
Quantum cryptography provides the inherent security for transmitting confidential information across free space or a fiber link. However, a high secure-key rate is still a challenge for a quantum-cryptography system. High-dimensional quantum cryptography, which can tolerate much higher channel noise, is a prospective way to share a higher secure-key rate between legitimate users, and has received substantial attention over the last decade. In particular, orbital angular momentum (OAM) can provide an abundant resource for high-dimensional quantum cryptography. Furthermore, combining spin angular momentum (SAM) with OAM can increase the encoding alphabet. Here we verify a prepare-and-measure quantum-cryptography scheme based on four-dimensional SAM-OAM hybrid states over kilometer-scale ring-core fibers. The measured quantum-bit error rates are $4.3\mathrm{%}$ for 4 km of fiber and $16.3\mathrm{%}$ for 25 km of fiber. The scheme simplifies the process of state preparation and measurement, with a compact and scalable setup.
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