基于卫星的单下行链路量子密钥分发中的机会调度

基于卫星的量子密钥分发(QKD)利用自由空间量子通信中的低光子损耗特性,被广泛认为是实现全球规模QKD最具前景的方向之一。在由卫星星座和地面站群构成的卫星QKD系统中,如何调度卫星以实现高效密钥分发是关键问题。现有研究集中于双下行链路架构——每颗卫星可同时向两个地面站分发纠缠粒子对,但尚未涉及单下行链路架构——卫星先与各地面站分别建立密钥,再作为可信节点为地面站对生成密钥。虽然单下行链路架构因依赖卫星可信性而安全性较弱,但其具有显著优势:可获得更高密钥生成率,并为相距遥远、无法采用双下行链路架构的地面站对建立密钥连接。该研究团队提出一种创新的机会主义卫星调度方法,在利用动态卫星信道最大化系统性能的同时,确保各地面站对间的公平性。通过多场景验证,该方法在系统总密钥率和最低密钥率间实现了最优权衡。评估结果同时揭示了考虑季节效应与云层覆盖对卫星QKD系统性能评估的重要性,并对比了全球性与区域性QKD系统的不同特性权衡。

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提交arXiv: 2025-12-14 01:42

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