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Simulation of satellite and optical link dynamics in a quantum repeater constellation

Meister, Jaspar und Kleinpaß, Philipp und Orsucci, Davide (2024) Simulation of satellite and optical link dynamics in a quantum repeater constellation. 2024 Munich Conference on Quantum Science and Technology, 2024-05-14 - 2024-05-17, Sonthofen, Deutschland.

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Kurzfassung

Quantum repeaters and satellite-based free-space optical links are complementary technological approaches slated to overcome the exponential photon loss occurring in optical fibers and thus allow quantum communication at global scales. We analyze architectures where these approaches are combined and satellites are used as quantum repeater nodes to distribute entanglement to far-away optical ground stations. Here, we simulate dynamical, three-dimensional satellite-ground-station passes, going beyond previous investigations which typically consider static satellite links. Therefore, we numerically solve the equations of motion of the dynamic system consisting of three, low-Earth-orbit satellites separated in the along-track direction. The optical link model includes atmospheric attenuation, single mode fiber coupling, beam wandering and broadening, as well as adaptive optics effects. Analytical expressions for the Bell state measurement and associated error rates are derived for quantum memory assisted communications, accounting for exponentially decreasing retrieval efficiency and state coherence. We consider uplink and downlink architectures for continental and inter-continental connections and assess the influence of varying orbital elements on the expected entanglement distribution rate. Our simulation model enables us to draw conclusions on how the general satellite-ground-station pass geometry impacts the quantum communication link and to analyze the performance for several consecutive passes under realistic conditions.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/204443/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Simulation of satellite and optical link dynamics in a quantum repeater constellation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Meister, JasparJaspar.Meister (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2835-595X160566106
Kleinpaß, PhilippPhilipp.Kleinpass (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Orsucci, DavideDavide.Orsucci (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3087-8757NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:15 Mai 2024
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Satellite Simulation, Quantum Repeater, Free-space Optical Communication
Veranstaltungstitel:2024 Munich Conference on Quantum Science and Technology
Veranstaltungsort:Sonthofen, Deutschland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:14 Mai 2024
Veranstaltungsende:17 Mai 2024
Veranstalter :Munich Center for Quantum Science and Technology
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Impulsprojekt Robuste Globale Quantum Netzwerke [SY], R - Impulsprojekt Robuste Globale Quantum Netzwerke [KNQ]
Standort: Bremen
Institute & Einrichtungen:Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik > Relativistische Modellierung
Institut für Kommunikation und Navigation
Hinterlegt von: Meister, Jaspar
Hinterlegt am:30 Mai 2024 08:21
Letzte Änderung:30 Mai 2024 08:21

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