There have been several recent advancements in the field of long-distance point-to-point twin-field quantum key distribution (TFQKD) protocols, with an ultimate objective to build a large scalable quantum network for numerous users. Currently, fundamental limitations still exist for the implementation of a practical TFQKD network, including the strict constraint regarding intensity and probability for sending-or-not-sending type protocols and the low tolerance of large interference errors for phase-matching type protocols. Here, we propose a two-photon TFQKD protocol to overcome these issues simultaneously and introduce a cost-effective solution to construct a real TFQKD network, under which each node with fixed system parameters can dynamically switch different attenuation links while achieving good performance in long-distance transmission. For a four-user network, simulation results indicate that the key rates of our protocol for all six links can either exceed or approach the secret key capacity; however, four of them could not extract the key rate if using sending-or-not-sending type protocols. We anticipate that our proposed method can facilitate new practical and efficient TFQKD networks in the future.


翻译:最近,在长距离点对点双边量子钥匙分配协议(TFQKD)领域出现了若干进展,最终目标是为众多用户建立一个大型可缩放量子网络,目前,实施实用的TFQKD网络仍存在一些基本限制,包括发送或不发送类型协议的强度和概率方面的严格限制,以及分阶段配对类型协议对重大干扰错误的低容忍度。在这里,我们提议了一个双光速TFQD协议,以同时解决这些问题,并引入一个具有成本效益的解决方案,以建立一个真正的TFQD网络,在这个网络下,每个有固定系统参数的节点可以动态地转换不同的减速连接,同时实现长距离传输的良好性能。对于四用户网络,模拟结果表明,我们所有六个链接协议的关键率可以超过或接近秘密关键能力;然而,如果使用发送或不发送类型协议,其中四个协议无法提取关键率。我们预计,我们提出的方法可以促进未来新的实用和高效的TFQD网络。

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