This article presents an analysis of the practical challenges and implementation perspectives of point-to-point continuous-variable quantum key distribution (CV-QKD) systems over optical fiber. The study addresses the physical layer, including the design of transmitters, quantum channels, and receivers, with emphasis on impairments such as attenuation, chromatic dispersion, polarization fluctuations, and coexistence with classical channels. We further examine the role of digital signal processing (DSP) as the bridge between quantum state transmission and classical post-processing, highlighting its impact on excess noise mitigation, covariance matrix estimation, and reconciliation efficiency. The post-processing pipeline is detailed with a focus on parameter estimation in the finite-size regime, information reconciliation using LDPC-based codes optimized for low-SNR conditions, and privacy amplification employing large-block universal hashing. From a hardware perspective, we discuss modular digital architectures that integrate dedicated accelerators with programmable processors, supported by a reference software framework (CV-QKD-ModSim) for algorithm validation and hardware co-design. Finally, we outline perspectives for the deployment of CV-QKD in Brazil, starting from metropolitan testbeds and extending toward hybrid fiber/FSO and space-based infrastructures. The work establishes the foundations for the first point-to-point CV-QKD system in Brazil, while providing a roadmap for scalable and interoperable quantum communication networks.


翻译:本文分析了基于光纤的点对点连续变量量子密钥分发(CV-QKD)系统的实际挑战与实施前景。研究涵盖了物理层,包括发射机、量子信道和接收机的设计,重点关注衰减、色散、偏振波动以及与经典信道共存等损伤因素。我们进一步探讨了数字信号处理(DSP)作为量子态传输与经典后处理之间桥梁的作用,强调其在抑制额外噪声、协方差矩阵估计和协调效率方面的影响。详细阐述了后处理流程,重点关注有限码长下的参数估计、针对低信噪比条件优化的基于LDPC码的信息协调,以及采用大块通用哈希的隐私放大。从硬件角度,我们讨论了集成专用加速器与可编程处理器的模块化数字架构,并介绍了用于算法验证和硬件协同设计的参考软件框架(CV-QKD-ModSim)。最后,我们展望了CV-QKD在巴西的部署前景,从城域测试平台开始,逐步扩展到混合光纤/自由空间光通信及天基基础设施。本研究为巴西首个点对点CV-QKD系统奠定了基础,同时为可扩展、可互通的量子通信网络提供了发展路线图。

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