Сучасні квантові криптографічні лінії зв’язку
Информация - Компьютеры, программирование
Другие материалы по предмету Компьютеры, программирование
я хвилі виявляться у фазі й підсилюють один одну (це називають іноді конструктивною інтерференцією), що фіксується APD як "1" (тобто фотон не фіксується).
Настроювання правильності спрацьовування APD здійснюються шляхом підстроювання фазового зсуву ? від імпульсу до імпульсу, що и виконує абонент А шляхом установки потрібної величини зсуву фази для зсувуючої схеми свого РМ?А для кожного переданого імпульсу.
Розглянемо таку схему кодування для протоколу BB84 із чотирма станами. Абонент А кодує "0" і "1" для одного фотона в кожному із двох випадково обраних неортогональних базисів (позначимо їх як 0 і 1). Так вона може представити значення біта "0" фазовим зсувом 0 (у базисі 0) або ?/2 (у базисі 1), а значення "1" - фазовим зрушенням ? (у базисі 0) або З?/2 (у базисі 1). Отже, абонент А може формувати одне із чотирьох фазових зсувів (0, ?/2,?, З?/2) шляхом вибору чотирьох кодових комбінацій у просторі станів "біт-базис": (00, 01, 10, 11). Це можна здійснити, подаючи чотири різних напруги (умовно: 0, 1, 2, 3) на електрооптичний фазозсуваючий пристрій.
Абонент Б обирає базис, зсуваючи у випадковому порядку фазу на 0 або ?/2, і привласнює APD, приєднаному до виходу "0", значення 0, a APD, приєднаному до виходу "1" - значення 1. Коли різниці фаз рівні 0 або ?, абоненти А и Б використають сумісні базиси й одержують певний результат. У цих випадках абонент А може визначити, у який з детекторів абонента Б потрапить фотон і яке значення (0 або 1) отримано. Абонент Б також може встановити, яку фазу обирав абонент А при передачі кожного фотона. Якщо ж різниця фаз дорівнює ?/2 або З?/2, то А и Б використають несумісні базиси, і фотон випадковим образом вибирає один з детекторів Б. Всі можливі комбінації зведені в таблицю.
Основні труднощі реалізації даної системи в тім, що незбалансованість інтерферометрів абонентів А и Б має бути стабільною в межах часток довжин хвилі фотонів під час передачі ключа для збереження потрібних фазових співвідношень. Це означає, що інтерферометри мають бути в термостабілізованих контейнерах, а системі необхідно забезпечити компенсацію дрейфу фази. Крім того, зміни поляризації в короткому й довгому плечах у кожному інтерферометрі мають збігатися, тобто необхідно використати контролери поляризації.
Таблиця 1 Стани для фазового кодування/декодування протоколу ВВ84
абонент Аабонент ББіт?АБіт+базис?В?А + ?ВБіт00000000000?/23?/2? (0/1)0?/2010?/2? (0/1)0?/201?/2001?100?11?10?/2?/2? (0/1)13?/21103?/2? (0/1)13?/211?/2?1
4. Проблеми та перспективи квантових систем передавання
Аналізуючи описане вище, можна зрозуміти основні проблеми квантової криптографії і передачі квантового ключа. Про деяких ми вже згадували. Ці проблеми можна розділити на два класи: методологічні й технологічні. До методологічних проблем можна віднести проблему таємності, підслуховування, можливості перехоплення і дешифрації повідомлень.
Технологічні проблеми і перспективи росту довжини передачі визначаються, з одного боку, типом використовуваного кодування, а з іншого боку - тими складностями процедури уточнення, які ми відзначали вище і які неминуче впливають на припустиму точність і надійність формування підсумкового секретного квантового ключа.
Проблеми систем з поляризаційним кодуванням, як відзначено вище, криються в середовищі передачі. Якщо вона зберігає поляризацію на довжині L незмінною, то може використовуватися для квантового каналу передачі. Таким середовищем є вільний простір, однак при її використанні довжина передачі L обмежується звичайно відстанню 1 км (і менше при дощі й тумані) через велике загасання сигналу в атмосфері, хоча відомі і системи рекордної довжини - 10 км при гарній погоді. Використання ОВ як середовища передачі також обмежено, але не загасанням сигналу, а випадковою зміною стану поляризації волокна, що має місце навіть у спеціальних волокнах, що зберігають стан поляризації, хоча досягнуті результати (23 км) і виглядають обнадійливим.
Викладене говорить про те, що поляризаційне кодування є не оптимальним при побудові криптосистем із квантовим ОВ-каналом, хоча воно ефективно для криптосистем з каналом звязку у відкритому просторі.