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

Meister, Jaspar und Kleinpaß, Philipp und Orsucci, Davide (2025) Simulation of satellite and optical link dynamics in a quantum repeater constellation. EPJ Quantum Technology (12). Springer. doi: 10.1140/epjqt/s40507-025-00307-8. ISSN 2196-0763.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://epjquantumtechnology.springeropen.com/articles/10.1140/epjqt/s40507-025-00307-8

Kurzfassung

Quantum repeaters and satellite-based optical links are complementary technological approaches to overcome the exponential photon loss in optical fibers and thus allow quantum communication on a global scale. We analyze architectures which combine these approaches and use satellites as quantum repeater nodes to distribute entanglement to distant optical ground stations. Here we simulate dynamic, three-dimensional ground station passes, going beyond previous studies that typically consider static satellite links. For this, we numerically solve the equations of motion of the dynamic system consisting of three satellites in low Earth orbit. The model of the optical link takes into account atmospheric attenuation, single-mode fiber coupling, beam wandering and broadening, as well as adaptive optics effects. We derive analytical expressions for the Bell state measurement and associated error rates for quantum memory assisted communications, including retrieval efficiency and state coherence. We consider downlink and uplink architectures for continental and intercontinental connections and evaluate the impact of satellite altitude and inter-satellite distance on the expected entanglement swapping rate. Our simulation model enables us to design different orbital configurations for the satellite constellation and analyze the annual performance of the quantum repeater under realistic conditions.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/212035/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
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/0000-0002-2835-595X176160486
Kleinpaß, Philippphilipp.kleinpass (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0009-9005-702X176160487
Orsucci, DavideDavide.Orsucci (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:16 Januar 2025
Erschienen in:EPJ Quantum Technology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1140/epjqt/s40507-025-00307-8
Verlag:Springer
Name der Reihe:Prospects for Space Quantum Research
ISSN:2196-0763
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Satellite simulation, Quantum repeater, Quantum communication
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation, Navigation, Quantentechnologien
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KNQ - Kommunikation, Navigation, Quantentechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Impulsprojekt Robuste Globale Quantum Netzwerke [KNQ], R - Impulsprojekt Robuste Globale Quantum Netzwerke [SY]
Standort: Bremen
Institute & Einrichtungen:Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik
Institut für Kommunikation und Navigation
Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik > Relativistische Modellierung
Hinterlegt von: Meister, Jaspar
Hinterlegt am:20 Jan 2025 08:47
Letzte Änderung:20 Jan 2025 08:47

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