量子金鑰分發 (QKD) 是一種利用量子力學定律確保通訊安全的尖端方法。它允許雙方生成共享密鑰，即使有人正在秘密監視連接。 QKD 的優點在於物理學本身。它會破壞任何攔截量子訊號的嘗試，產生可偵測到的錯誤，提醒使用者可能發生竊聽。
由於內建檢測功能，QKD 是正在開發的最安全的通訊技術之一。
指出錯誤如何影響 QKD 效能
影響 QKD 運作方式的關鍵因素是訊號錯誤，當發射器和接收器未完全對準時就會發生這種錯誤。即使是最輕微的錯位也會幹擾正在交換的量子訊號。發生這種情況的原因有很多，包括機械振動、大氣湍流和/或對準系統中的錯誤。
儘管訊號錯誤在系統可靠性中起著重要作用，但光無線通訊（OWC）系統中的 QKD 尚未深入研究。
光束失準的新分析框架
為了更好地理解這個問題，研究人員去年發表了一項研究 IEEE 量子電子雜誌 它提出了一個詳細的分析模型來衡量評分誤差如何影響 QKD OWC 系統的表現。
「將光束失準的統計模型與量子光子檢測理論相結合，我們得出了 QKD 系統關鍵性能指標的解析表達式，闡明了缺陷信號的精確功能，」土耳其 OSTIM 技術大學的 Yalçın Ata 教授解釋道。
該團隊專注於廣泛使用的 BB84 QKD 協議。為了更真實地模擬光束失準，他們應用了瑞利和霍伊特分佈。這些統計工具比早期研究中使用的簡單方法更準確地表示水平和垂直光束變化，以了解隨機評分誤差的行為。
測量錯誤率並產生安全性金鑰
利用這些改進的統計模型，研究人員得出了用於篩選誤差和訊號誤差背後的機率的分析表達式，這在該領域尚屬首次。由此，他們計算出了量子比特錯誤率（QBER），它反映了由系統雜訊、環境條件、硬體錯誤或竊聽嘗試引起的損壞比特的百分比。由於 QBER 反映了整個系統的可靠性，因此它是一個關鍵效能指標。
然後，他們使用 QBER 來確定金鑰速率 (SKR)，該速率衡量產生共用金鑰的速度。研究考慮了對稱樑的不對中和不對稱條件，其中水平和垂直偏轉不同。
結果揭示了量子安全的哪些內容
研究結果表明，隨著束腰增加，指向誤差也會增加，導致更高的 QBER 和更低的 SKR。換句話說，隨著偏差變得更加明顯，效能會下降。擴大接收器的孔徑可以改善結果，但僅限於一定限度。
有趣的是，不對稱光束未對準在某些情況下被發現是有益的，提供比完全平衡誤差更好的性能。研究人員還確定，產生對於安全通訊至關重要的非零 SKR 需要增加傳輸的平均光子數。
阿塔教授總結道：“我們的研究結果基於瑞利和霍伊特框架，與現有的廣義模型一致，同時為不對稱性在故障定位中的作用提供了新的分析見解。”
