Analysis and Simulation of a Practical Quantum Key Distribution in Python for Aerospace applications

Abstract

Se presenta un estudio exhaustivo del estado del arte en la distribución cuántica de claves via satélite. Como resultado de dicho análisis, se simula el protocolo BB84 para ganar una mayor percepción. Este protocolo de distribución cuántica de claves ha sido ampliamente reportado en la literatura desde que fue publicado por primera vez y durante la última década, ha sido el más adoptado para experimentos en la atmósfera y en el espacio. Para añadir valor a los resultados que se obtienen en la simulación, algunas imperfecciones inherentes a los componentes comúnmente usados en tales experimentos son considerados, incluyendo los parámetros principales de la implementación. Adicionalmente, para el post procesamiento clásico, se emplean algoritmos típicos de corrección de error, verificación y amplificación de la privacidad. Por último, con respecto a la transmisión cuántica, la manipulación de los cúbits en la simulación se aborda de un modo cómodo mediante el uso de la librería de software de código abierto Cirq.

An exhaustive study of the state of the art in satellite quantum key distribution is presented here. As a result of such analysis, the BB84 protocol is simulated to gain a further insight. This quantum key distribution protocol has been widely reported in the literature since it was first published and for the last decade, it has been the most adopted one for tests in the atmosphere and in space. In order to add value to the results which are obtained in the simulation, some imperfections inherent to the components commonly used in such tests are considered, including the main parameters of the implementation.Additionally, for the classical post-processing, typical algorithms of error correction, verification and privacy amplification are employed. Lastly, with respect to the quantum transmission, the manipulation of the qubits in the simulation is addressed in a confortable way by using the open-source software library Cirq.