Coherent measurement of quantum signals used for continuous-variable (CV) quantum key distribution (QKD) across satellite-to-ground channels requires compensation of phase wavefront distortions caused by atmospheric turbulence. One compensation technique involves multiplexing classical reference pulses (RPs) and the quantum signal, with direct phase measurements on the RPs then used to modulate a real local oscillator (RLO) on the ground - a solution that also removes some known attacks on CV-QKD. However, this is a cumbersome task in practice - requiring substantial complexity in equipment requirements and deployment. As an alternative to this traditional practice, here we introduce a new method for estimating phase corrections for an RLO by using only intensity measurements from RPs as input to a convolutional neural network, mitigating completely the necessity to measure phase wavefronts directly. Conventional wisdom dictates such an approach would likely be fruitless. However, we show that the phase correction accuracy needed to provide for non-zero secure key rates through satellite-to-ground channels is achieved by our intensity-only measurements. Our work shows, for the first time, how artificial intelligence algorithms can replace phase-measuring equipment in the context of CV-QKD delivered from space, thereby delivering an alternate deployment paradigm for this global quantum-communication application.


翻译:用于卫星-地面信道的连续变量量子密钥分发系统中,量子信号的相干测量需要补偿大气湍流引起的相位波前畸变。一种补偿技术是将经典参考脉冲与量子信号复用,利用对参考脉冲的直接相位测量来调制地面上的真实本地振荡器——该方案还可消除针对连续变量量子密钥分发的某些已知攻击。然而这在实践中是一项繁琐任务,需要对设备要求和部署投入大量复杂度。作为传统实践的替代方案,本文提出一种新方法,仅将参考脉冲的强度测量值作为卷积神经网络的输入来估算真实本地振荡器的相位校正,完全免除了直接测量相位波前的必要性。传统观点认为此类方法可能徒劳无功,但我们的研究表明:通过仅基于强度的测量,即可获得通过卫星-地面信道实现非零安全密钥率所需的相位校正精度。本工作首次展示了人工智能算法如何替代空间传输连续变量量子密钥分发中的相位测量设备,从而为这一全球量子通信应用提供新的部署范式。

0
下载
关闭预览

相关内容

开源书:PyTorch深度学习起步
专知会员服务
51+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
106+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
11+阅读 · 2020年12月2日
A Survey of Deep Learning for Scientific Discovery
Arxiv
29+阅读 · 2020年3月26日
Arxiv
45+阅读 · 2019年12月20日
VIP会员
最新内容
博士论文 | 面向大模型推理的内存高效算法
专知会员服务
2+阅读 · 7月27日
美空军新型反无人机部队初探
专知会员服务
5+阅读 · 7月27日
《防空交战流程的概率建模研究》
专知会员服务
7+阅读 · 7月27日
ICML 2026 教程 | 数值优化理论还重要吗?
专知会员服务
6+阅读 · 7月26日
ICM 2026 | 陶哲轩:人工智能时代的数学
专知会员服务
9+阅读 · 7月26日
《反无人机交战场景下的战斗归零研究》
专知会员服务
7+阅读 · 7月26日
博士论文 | 用代码结构感知方法推进代码大模型
相关VIP内容
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员