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Optimization of Information Reconciliation for Decoy-State Quantum Key Distribution over a Satellite Downlink Channel

Scarinzi, Thomas und Orsucci, Davide und Ferrari, Marco und Barletta, Luca (2025) Optimization of Information Reconciliation for Decoy-State Quantum Key Distribution over a Satellite Downlink Channel. IEEE Transactions on Quantum Engineering. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.48550/arXiv.2511.05196. ISSN 2689-1808. (nicht veröffentlicht)

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Offizielle URL: https://arxiv.org/abs/2511.05196

Kurzfassung

Quantum key distribution (QKD) is a cryptographic solution that leverages the properties of quantum mechanics to be resistant and secure even against an attacker with unlimited computational power. Satellite-based links are important in QKD because they can reach distances that the best fiber systems cannot. However, links between satellites in low Earth orbit (LEO) and ground stations have a duration of only a few minutes, resulting in the generation of a small amount of secure keys. In this context, we investigate the optimization of the information reconciliation step of the QKD post-processing in order to generate as much secure key as possible. As a first step, we build an accurate model of the downlink signal and quantum bit error rate (QBER) during a complete satellite pass, which are time-varying due to three effects: (i) the varying link geometry over time, (ii) the scintillation effect, and (iii) the different signal intensities adopted in the Decoy-State protocol. Leveraging the a-priori information on the instantaneous QBER, we improve the efficiency of information reconciliation (IR) (i.e., the error correction phase) in the Decoy-State BB84 protocol, resulting in a secure key that is almost 3\% longer for realistic scenarios.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/222790/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Optimization of Information Reconciliation for Decoy-State Quantum Key Distribution over a Satellite Downlink Channel
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Scarinzi, ThomasNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Orsucci, DavideDavide.Orsucci (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3087-8757NICHT SPEZIFIZIERT
Ferrari, MarcoINAFNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Barletta, Lucaluca.barletta (at) polimi.itNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:7 November 2025
Erschienen in:IEEE Transactions on Quantum Engineering
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.48550/arXiv.2511.05196
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:2689-1808
Status:nicht veröffentlicht
Stichwörter:quantum key distribution, BB84, decoy states, information reconciliation, LDPC codes
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 - QKD Protokolle und Verifikation (QuPik)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation > Optische Satellitenlinks
Hinterlegt von: Orsucci, Davide
Hinterlegt am:13 Feb 2026 10:32
Letzte Änderung:13 Feb 2026 10:32

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