光纤中经典与量子信号共存的高精度有效模型
随着量子级通信兴趣的日益增长,人们提出了在同一光纤信道内与经典信号共存的方案,其中最新提案利用了专为空分复用(SDM)传输设计的新型光纤。在所有情况下,经典信道与量子信道之间的巨大功率差异给此类方案带来了挑战,因为经典信号会产生干扰噪声,从而破坏量子信号。在这项工作中,该研究团队讨论了共存场景中的主要干扰机制,并提供了一个模型来量化它们对量子信号质量的影响。模型中的解析近似允许在毫秒时间尺度内获得准确且快速的数值解。该模型考虑了带外非线性干扰效应,即单模光纤和具有弱耦合简并模式组的SDM光纤中的自发拉曼散射(SpRS)和四波混频(FWM)。在反向传播场景中考虑了瑞利和SpRS背向散射。由于目标是宽带经典传输,该模型还考虑了受激拉曼散射(SRS)引起的功率倾斜效应。在示例场景中使用该模型表明,无论量子信号与经典信号是同向传播还是反向传播,干扰噪声功率在传输频带的高端都被最小化,具体方案的选择取决于链路长度和量子信号中心频率。该模型揭示,FWM在反向传播方案中的影响可忽略不计,但在某些场景下的同向传播方案中可能相关。然而,可以通过重新分配与量子信道相邻的经典信号来减轻FWM干扰。