Сучасні квантові криптографічні лінії зв’язку
Информация - Компьютеры, программирование
Другие материалы по предмету Компьютеры, программирование
gt; або |0>) і навпаки. Ці стани використовуються в оптичних тестах у звязку з уточненням отриманих "чорнових варіантів" квантових ключів (raw key).
Причинність і суперпозиція. Причинність, що первинно не є складовою нерелятивістської квантової механіки, може бути, проте, використана для квантової криптографії разом із принципом суперпозиції: якщо дві системи, стани яких утворюють якусь суперпозицію, розділені в часі, не будучи звязані причинністю, то не можна визначити суперпозиційний стан, проводячи вимірювання на кожній із систем послідовно.
2. Волоконно оптичні системи передавання з поляризаційним кодуванням
Існує декілька типів систем квантової передачі ключа. Основні з них - це системи з поляризаційним кодуванням і з фазовим кодуванням. Перший тип систем зявився раніше, і ми розглянемо його в першу чергу.
Схема однієї з перших лабораторних квантових криптосистем з поляризаційним кодуванням за протоколом BB84 із чотирма станами поляризації (0, 45, 90, 135), як вона була реалізована авторами - Беннетом і Брассаром в 1988 році, показана на рис. 2. У ній з світловипромінюючого діода (СВД) формується діафрагмою в точкове джерело, що за допомогою конденсорної лінзи перетвориться в коллимований пучок, додатково формований апертурним екраном і фільтром. Цей пучок горизонтально поляризується лінійним поляризатором. Кут (площина) поляризації може потім дискретно змінюватися за допомогою двох активних поляризаційних модуляторів, типу осередку Поккельса. Для кожного світлового імпульсу модулятори, активовані за випадковим законом, формують у фотоні (що переноситься імпульсом) одне із чотирьох описаних вище станів поляризації.
У якості квантовиого каналу передачі використовується вільний простір (довжина каналу - 30 см - обмежена, мабуть, розмірами оптичної лави). Приймаюча сторона випадковим чином додатково обертає (або ж ні) поляризацію прийнятих імпульсів на 45 завдяки ще одному осередку Поккельса, даючи можливість формувати базиси "+" і "". З виходу осередку Поккельса промінь потрапляє на призму Волластона - двупроменепреломлюючу призму, використану для поділу ортогональних лінійно-поляризованих сигналів, при цьому (розглядаючи варіант, якій наведен на рис. 6.
У якості поляризаторів обробки в базисі "+") горизонтально поляризований промінь дешифрується правим (нижнім) приймачем-фотопомножувачем, а вертикально поляризований промінь дешифрується лівим (верхнім) приймачем-фотопомножувачем.
Рисунок 2 Схема квантової криптосистеми Беннета і Брассарда з комірками Поккельса
У якості поляризаторів обробки в базисі "+") горизонтально поляризований промінь дешифрується правим (нижнім) приймачем-фотопомножувачем, а вертикально поляризований промінь дешифрується лівим (верхнім) приймачем-фотопомножувачем.
Рисунок 3 Схема квантової криптосистеми з поляризаційним кодуванням
Інший приклад квантової криптосистеми з поляризаційним кодуванням наведена на рис. 3. Система, вперше винесена за рамки лабораторії, складалася із двох блоків, звязаних оптоволоконним (ОВ), а не повітряним просторовим каналом.
Блок на стороні абонента А складається із чотирьох лазерних діодів (LD), що випромінюють короткі (1 нс) світлові імпульси, фотони яких можуть бути поляризовані в базисі "+" (90 і 0) і в базисі "" (-45, 45). Для передачі одного біту включається один з діодів. Імпульси від LD послабляються фільтром F для зменшення кількості фотонів, що доводяться на один імпульс, до величини порядку одиниці. Після цього вони вводяться у волокно квантового каналу й передаються на прийомний блок абонента Б.
Основною вимогою, що накладається на квантовий канал, є збереження поляризації фотонів по всьому шляху проходження до блоку абонента Б, щоб він мав можливість одержати інформацію, що кодує абонент А, у неспотвореному вигляді. Поляризаційна модова дисперсія (ПМД) може змінити поляризацію фотонів, якщо внесена нею затримка більше часу когерентності, що накладає обмеження на використовувані типи лазерів.
На стороні абонента Б імпульси проходять через низку хвильових пластинок що(імітують контролер поляризації), використованих для відновлення вихідних поляризаційних станів шляхом компенсації змін, внесених волокном. Потім промінь світла розщеплюється за допомогою розщеплювача BS і подається на два поляризаційних розщіплювачі (PBS), що формують два типи базису: "" (1) і "+" (2).
Прийняті фотони аналізуються у двох PBS: у нижньому - з базисом 2 ("+"), що використовує прямий промінь, який пройшов через BS, за допомогою двох лічильників фотонів (APD); у верхньому - з базисом 1 (""), що використовує промінь, відбитий від BS нагору, за допомогою двох аналогічних лічильників фотонів (APD). Поляризація відбитих нагору фотонів повертається хвильовою пластинкою (/2) на 45 (з -45 до 0 і з 45 до 90), реалізуючи, таким чином, виміри в діагональному базисі.
А.Мюллер і ін. використали подібну криптосистему для проведення експериментів в області квантової криптографії. Їм вдалося передати квантовий ключ на відстань 1100 метрів, використовуючи фотони з довжиною хвилі 800 нм. Для збільшення довжини передачі вони використали фотони з довжиною хвилі 1300 нм і досягли 23-кілометрової дистанції передачі ключа. Як квантовий канал використовувався станда