KR102263313B1 - Method and system for Quantum Key Distribution by Frequency-Domain Coding - Google Patents

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Abstract

본 발명은 송신부에서 고주파 신호를 이용하여 주파수 도메인에서 광자를 진폭 변조(Amplitude Modulation)하여 송출하고, 수신부에서는 변조기를 사용하지 않고 도파로의 길이가 짧은 비대칭 지연 간섭계를 이용하여 광자의 양자 상태를 구분하여 줌으로써, 광자 손실을 최소화하여 양자 키의 원거리 전송이 가능하도록 하며, 편광 및 온도에 대한 안정성을 개선할 수 있는 주파수 도메인 코딩을 이용한 양자 암호 전달 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention uses a high-frequency signal in the transmitter to amplitude-modulate photons in the frequency domain and transmits them, and the receiver uses an asymmetric delay interferometer with a short waveguide length without using a modulator to classify the quantum state of photons. By giving, it is possible to transmit a quantum key over a long distance by minimizing photon loss, and to a quantum cryptography transmission method and system using frequency domain coding that can improve stability to polarization and temperature.

Description

주파수 도메인 코딩을 이용한 양자 키 분배 방법 및 시스템 {Method and system for Quantum Key Distribution by Frequency-Domain Coding} Quantum Key Distribution Method and System Using Frequency-Domain Coding {Method and system for Quantum Key Distribution by Frequency-Domain Coding}

본 발명은 주파수 도메인 코딩을 이용한 양자 키 분배 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 양자 키를 전송할 수 있는 거리를 늘리고, 편광과 온도에 대한 안정성을 개선할 수 있는 주파수 도메인 코딩을 이용한 양자 키 분배 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a quantum key distribution method and system using frequency domain coding, and more specifically, to a quantum key using frequency domain coding that can increase the transmission distance of a quantum key and improve stability to polarization and temperature. Dispensing methods and systems.

최근 유무선 통신 서비스가 널리 보급되고 개인 프라이버시에 대한 사회적 인식이 높아짐에 따라 통신망에 대한 보안 문제가 중요한 이슈로 떠오르고 있다. 특히, 국가, 기업, 금융 등과 관련된 통신망에서의 보안은 개인의 문제를 넘어서 사회적 문제로 확장될 수 있을 만큼 중요성을 가질 수 있어 보안에 대한 중요성이 크게 강조되고 있다. 반면, 기존 보안 통신은 외부의 공격에 대해 상당한 이론적 취약점을 가지기 때문에, 이를 보완하기 위한 차세대 보안 기술로써 이론적으로 무조건적인 보안성을 보장하는 양자 암호 통신이 각광 받고 있다. 본 발명의 배경이 되는 기술은 아래와 같다. Recently, as wired and wireless communication services are widely distributed and social awareness of personal privacy is increasing, the security problem of communication networks is emerging as an important issue. In particular, the importance of security is being greatly emphasized because security in communication networks related to the state, corporations, finance, etc. can have so much importance that it can be extended to social problems beyond individual problems. On the other hand, since the existing secure communication has a significant theoretical weakness against external attacks, quantum cryptography communication, which theoretically guarantees unconditional security, is in the spotlight as a next-generation security technology to compensate for this. The background technology of the present invention is as follows.

1. BB84 프로토콜과 코딩 방식1. BB84 Protocol and Coding Method

현재 양자 암호 통신 기술 중, 광자를 이용한 양자 키 분배에 관한 기술 연구가 활발히 진행되고 있으며, 1984년에 개발된 BB84 프로토콜이 가장 널리 사용되고 있다. BB84는 기본적으로 직교하지 않는 서로 다른 두 기저로 구성되며, 한 기저는 서로 직교하는 두 상태로 구성된다. 각 기저와 상태를 구현하는 방식으로는 편광 코딩, 위상 코딩 등의 다양한 방법이 시도되고 있다. Among quantum cryptography communication technologies, technical research on quantum key distribution using photons is being actively conducted, and the BB84 protocol developed in 1984 is the most widely used. BB84 basically consists of two different non-orthogonal bases, and one base consists of two mutually orthogonal states. Various methods such as polarization coding and phase coding are being tried as a method of implementing each basis and state.

2. 코히어런트 소스의 평균 광자수 제한2. Limiting the average number of photons in a coherent source

광자를 이용하는 양자 키 분배가 도청자로부터 안전하기 위해서는 평균 광자수가 일정 수준 이하로 유지되어야 한다. 일정 수준 이상의 광자는 지나치게 많은 다중 광자를 발생시키게 되고, 이로 인하여 도청자에게 정보를 비밀리에 수집할 수 있는 기회를 제공할 수 있기 때문이다. 그런데, 약한 코히어런트 광(weak coherent light)를 사용함에 따라 양자 키 분배를 위한 원거리 전송에 제약이 따르게 되며, 이에 따라 수신단의 손실을 최소화하여 원거리 전송이 가능하도록 하는 것이 중요한 이슈가 된다. In order for quantum key distribution using photons to be safe from eavesdroppers, the average number of photons must be kept below a certain level. This is because photons above a certain level generate too many multiple photons, which may provide an opportunity for eavesdroppers to secretly collect information. However, as weak coherent light is used, there are restrictions on long-distance transmission for quantum key distribution. Accordingly, it becomes an important issue to minimize loss of the receiving end to enable long-distance transmission.

3. 수신단 광학 장치의 편광 의존성 및 복잡도3. Polarization dependence and complexity of the receiving end optics

종래 기술에 따른 양자 키 분배 시스템들은 통상적으로 수신부에서 변조기를 통해 전송된 신호를 구분하게 된다. 하지만, 변조기는 편광 의존도가 높은 광학 장치로서, 원거리 전송에 따라 편광 드리프트를 겪게 되는 광자의 일부분이 손실되는 것을 감수할 수밖에 없다. 즉, 종래 기술에 따라 변조기를 이용하여 구성되는 수신부는 일정 수준 이상의 광자 손실을 유발시키게 되고, 또한 수신부의 간섭계 및 기타 광학 장치들의 특성에 따라 광자 손실이 증가할 수 있어, 양자 키의 원거리 전송에 제한점으로 작용하게 된다. 더불어 이와 같은 광학 장치들은 디자인에 따라 편광 및 온도 변화에 크고 작은 영향을 받게 된다는 문제점도 가진다. Quantum key distribution systems according to the prior art typically distinguish the signal transmitted through the modulator in the receiver. However, since the modulator is an optical device that is highly polarization dependent, it has to bear the loss of a part of photons that undergo polarization drift due to long-distance transmission. That is, the receiver configured using the modulator according to the prior art causes a photon loss of a certain level or more, and the photon loss may increase depending on the characteristics of the interferometer and other optical devices of the receiver, so that the quantum key can be transmitted over a long distance. acts as a limiting point. In addition, such optical devices also have a problem in that they are greatly affected by polarization and temperature changes depending on their design.

4. 비대칭 지연 간섭계와 온도 안정화4. Asymmetric delay interferometer and temperature stabilization

종래 기술에 따른 비대칭 지연 간섭계는 하나의 입력과 두 개의 출력으로 구성되어 있으며, 입력된 광자는 서로 다른 두 경로를 이용하여 간섭계를 통과한다. 두 경로의 길이 차이는 간섭계 디자인에 따라 다르며, 경로 차이만큼 지연이 발생하여 간섭을 일으킨다. 두 개의 출력은 그 특성이 다른데, 하나는 보강 간섭을 일으킨 결과를, 다른 하나는 상쇄 간섭을 일으킨 결과를 내보내게 된다. 그런데 통상적으로 간섭계는 온도에 민감한 특성을 가지고 있으며, 간섭계 도파로 길이 차이가 작을수록 자유스펙트럼영역 (Free Spectral Range)가 넓어져 온도 변화에 의한 간섭 스펙트럼의 변화가 작아지는 특성이 있다. 즉, 간섭계 도파로 길이가 작아질수록 온도 변화에 영향을 적게 받는 것이다. 또한, 비대칭 지연 간섭계 간섭 경로가 짧을수록 도파로의 편광 의존성 영향을 줄일 수 있다. 이에 따라, 간섭계의 도파로 길이를 줄임으로써 간섭계의 온도 변화와 편광 의존성을 줄일 수 있겠으나, 이를 구현할 수 있는 적절한 방법이 아직 제시되지 못하고 있는 실정이다.The asymmetric delay interferometer according to the prior art consists of one input and two outputs, and the input photons pass through the interferometer using two different paths. The difference in length between the two paths depends on the design of the interferometer, and a delay equal to the path difference causes interference. The two outputs have different characteristics, one with constructive interference and the other with destructive interference. However, in general, the interferometer has a characteristic that is sensitive to temperature, and as the difference in the length of the interferometer waveguide is small, the free spectral range is widened, and the change in the interference spectrum due to the temperature change is small. That is, as the length of the interferometric waveguide decreases, it is less affected by the temperature change. In addition, as the asymmetric delay interferometer interference path is shorter, the influence of the polarization dependence of the waveguide can be reduced. Accordingly, it is possible to reduce the temperature change and polarization dependence of the interferometer by reducing the waveguide length of the interferometer, but an appropriate method for implementing this has not yet been proposed.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 양자 키를 전송할 수 있는 거리를 늘리고, 편광과 온도에 대한 안정성을 개선할 수 있는 양자 키 분배 방법 및 시스템을 제공하는 것이다. The present invention has been devised to solve the problems of the prior art as described above, and to provide a quantum key distribution method and system capable of increasing the distance over which a quantum key can be transmitted and improving stability with respect to polarization and temperature.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 새로운 형태의 주파수 코딩을 이용한 양자 키 분배 방식을 제안한다. The present invention for solving the above problems proposes a quantum key distribution method using a new type of frequency coding.

전송자는 단일 광자에 주파수 도메인 코딩을 적용하여 주파수가 수 GHz 차이가 나는 서로 다른 양자 상태를 만든다. (단일 광자는 빠른 펄스로 변조된 경우에도 양자 역학적 단일 광자 성질을 유지한다.) 수신자는 입력 손실이 적은 비대칭 지연 간섭계만을 이용하여 광자의 양자 상태를 구분하게 되는데, 이는 기존 시스템 대비 광 손실을 매우 낮출 수 있다. The transmitter applies frequency domain coding to a single photon to create different quantum states whose frequencies differ by several GHz. (Single photon maintains quantum mechanical single-photon properties even when modulated with fast pulses.) The receiver uses only an asymmetric delay interferometer with low input loss to distinguish the quantum state of photons, which significantly reduces optical loss compared to existing systems. can be lowered

또한 기존 주파수 코딩 또는 위상 코딩 양자 키 분배 시스템은 수신부의 간섭계가 온도 및 편광 변화에 따른 안정성 유지가 문제가 되는 반면, 본 주파수 코딩 및 검출 시스템은 지연 간섭계의 도파로 길이 차이가 매우 짧아 온도 및 편광에 높은 안정성이 확보된다. In addition, while the existing frequency coding or phase coding quantum key distribution system has a problem in maintaining the stability of the interferometer of the receiver according to temperature and polarization changes, this frequency coding and detection system has a very short waveguide length difference of the delay interferometer, so it is sensitive to temperature and polarization. High stability is ensured.

주파수 코딩 양자 키 분배 시스템은 분광기에 의한 도감청이 가능할 수 있다. 이를 막기 위해 본 발명에서는 하나의 단일 광자의 웨이브패킷을 매우 짧게 형성하여 분광기에 의한 도감청을 차단하도록 디자인 하였다. A frequency-coded quantum key distribution system may be capable of eavesdropping by a spectrometer. In order to prevent this, in the present invention, a wave packet of one single photon is formed to be very short and designed to block eavesdropping by a spectrometer.

본 발명은 송신부에서 고주파 신호를 이용하여 주파수 도메인에서 광자를 진폭 변조(Amplitude Modulation)하여 송출하고, 수신부에서는 변조기를 사용하지 않고 도파로의 길이가 짧은 비대칭 지연 간섭계를 이용하여 광자의 양자 상태를 구분하여 줌으로써, 광자 손실을 최소화하여 양자 키의 원거리 전송이 가능하도록 하며, 편광 및 온도에 대한 안정성을 개선할 수 있는 주파수 도메인 코딩을 이용한 양자 암호 전달 방법 및 시스템을 제공하는 효과를 가진다. The present invention uses a high-frequency signal in the transmitter to amplitude-modulate photons in the frequency domain and transmits them, and the receiver uses an asymmetric delay interferometer with a short waveguide length without using a modulator to classify the quantum state of photons. By giving, it minimizes photon loss to enable long-distance transmission of a quantum key, and has the effect of providing a quantum cryptography transmission method and system using frequency domain coding that can improve stability against polarization and temperature.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 코딩 기반 양자 키 분배 프로토콜과 종래 기술에 따른 편광 코딩의 비교도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 코딩 기반 양자 키 분배 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 코딩 기반 양자 키 분배 시스템에서의 주파수 스펙트럼 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 코딩 기반 양자 키 분배 시스템에서의 주파수 변조에 대한 설명도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 코딩 기반 양자 키 분배 시스템에서의 비대칭 지연 간섭계에서의 동작에 대한 설명도이다.
1 is a comparison diagram of a frequency coding-based quantum key distribution protocol according to an embodiment of the present invention and polarization coding according to the prior art.
2 is a block diagram of a frequency coding-based quantum key distribution system according to an embodiment of the present invention.
3 is a frequency spectrum graph in a frequency coding-based quantum key distribution system according to an embodiment of the present invention.
4 is an explanatory diagram for frequency modulation in a frequency coding-based quantum key distribution system according to an embodiment of the present invention.
5 is an explanatory diagram for an operation in an asymmetric delay interferometer in a frequency coding-based quantum key distribution system according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.The present invention can apply various transformations and can have various embodiments. Hereinafter, specific embodiments will be described in detail based on the accompanying drawings.

이하의 실시예는 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.The following examples are provided to provide a comprehensive understanding of the methods, apparatus and/or systems described herein. However, this is merely an example and the present invention is not limited thereto.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다. In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. And, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the content throughout this specification. The terminology used in the detailed description is for the purpose of describing embodiments of the present invention only, and should not be limiting in any way. Unless explicitly used otherwise, expressions in the singular include the meaning of the plural. In this description, expressions such as “comprising” or “comprising” are intended to indicate certain features, numbers, steps, acts, elements, some or a combination thereof, and one or more other than those described. It should not be construed to exclude the presence or possibility of other features, numbers, steps, acts, elements, or any part or combination thereof.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In addition, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are for the purpose of distinguishing one component from other components. used only as

본 발명은, 기존에 개발된 주파수 코딩 또는 위상 코딩 기반 양자 키 분배 기술을 새로운 방식으로 구현한 것으로, 수신부에서 발생하는 광자 손실을 최소화함으로써 양자 키의 원거리 전송이 가능하도록 하는 효과를 가진다. 또한 기존 시스템 대비 편광 및 온도에 안정성을 가진다. The present invention is a novel implementation of the previously developed frequency coding or phase coding-based quantum key distribution technology, and has the effect of enabling long-distance transmission of the quantum key by minimizing the photon loss occurring in the receiver. In addition, it has stability to polarization and temperature compared to the existing system.

아래에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 도메인 코딩을 이용한 양자 키 분배 방법 및 시스템의 이론적 배경 및 예시적인 실시 형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a theoretical background and exemplary embodiments of a quantum key distribution method and system using frequency domain coding according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명이 제안하는 주파수 도메인 코딩을 이용한 양자 키 분배 방법 및 시스템에서는 특정 주파수가 양자 상태를 의미한다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 특정 주파수는 기저와 상태를 나타내는 주파수를 아래와 같이 나타낸다. (이때, 상기 주파수와 변조의 구체적인 내용은 실제 적용 환경 및 여건에 따라 따라 조금씩 달라질 수 있다.) In the quantum key distribution method and system using frequency domain coding proposed by the present invention, a specific frequency means a quantum state. As can be seen in FIG. 1 , in the present invention, a specific frequency represents a frequency representing a basis and a state as follows. (At this time, the details of the frequency and modulation may vary slightly depending on the actual application environment and conditions.)

기저1의 상태1: 주파수

Figure 112015010332818-pat00001
Base 1 State 1: Frequency
Figure 112015010332818-pat00001

기저1의 상태2: 주파수

Figure 112015010332818-pat00002
Base 1 State 2: Frequency
Figure 112015010332818-pat00002

기저2의 상태1: 주파수

Figure 112015010332818-pat00003
Base 2: State 1: Frequency
Figure 112015010332818-pat00003

기저2의 상태2: 주파수

Figure 112015010332818-pat00004
Base 2: State 2: Frequency
Figure 112015010332818-pat00004

이 때, A는 기저 1 광자의 캐리어 주파수,

Figure 112015010332818-pat00005
는 기저 2 광자의 캐리어 주파수이며, a는 캐리어 주파수로부터 변조되는 주파수의 크기이다. 또한 a << A를 만족한다. (도 3은 위와 같은 주파수 차이를 가지는 양자 상태들을 나타내는 주파수 스펙트럼 그래프이다.)where A is the carrier frequency of the base 1 photon,
Figure 112015010332818-pat00005
is the carrier frequency of the base two photons, and a is the magnitude of the frequency modulated from the carrier frequency. Also, a << A is satisfied. (FIG. 3 is a frequency spectrum graph showing quantum states having the same frequency difference as above.)

위 주파수 코딩은 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 아래와 같은 과정으로 통하여 이루어질 수 있다. 먼저, 제1 레이저 생성부(211)에서 중심 주파수 A를 가지는 광자를 생성하고, 제2 레이저 생성부(212)에서는 중심 주파수

Figure 112015010332818-pat00006
를 가지는 광자를 생성한다. 이 때, 상기 제1 레이저 생성부(211)에서 나오는 광자는 기저1을 의미하고, 제2 레이저 생성부(212)에서 나오는 광자는 기저 2를 의미한다. 제1 레이저 생성부(211)와 제2 레이저 생성부(212)의 다음에 위치하는 랜덤 레이저 선택부(213)는 스위치를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 랜덤 레이저 선택부(213)에서는 각 타임 슬롯(time slot)에서 제1 레이저 생성부(211)와 제2 레이저 생성부(212) 중 하나에서만 광자가 나오도록 스위칭을 수행하며, 이는 송신부(210)가 보내는 양자 상태의 기저를 선택하는 역할을 한다. 이어서 진폭 변조부(214)는 각 기저의 상태를 결정한다. 진폭 변조부(214)의 전기 신호 입력으로서 직류 혹은 상기한 a 주파수를 가지는 교류 신호를 가하게 되는데, 직류 신호는 양의 값을 가지도록 하고, 상기한 a 주파수를 가지는 교류 신호는 같은 크기의 양과 음의 값을 주기적으로 갖도록 한다. 이 때, 교류 신호는 시간 도메인에서 매우 빠른 속도로 단일 광자 웨이브 패킷(wave packet) 내부를 변조하게 되며, 직류 신호로 변조된 광자와 교류 신호로 빠르게 변조된 광자는 같은 특성을 가지고 단일 광자 검출기(224)에서 검출되는 특성을 가진다. As shown in FIG. 2 , the above frequency coding may be performed through the following process. First, the first laser generator 211 generates a photon having a center frequency A, and the second laser generator 212 generates a photon having a center frequency A.
Figure 112015010332818-pat00006
generate a photon with In this case, the photon emitted from the first laser generator 211 means base 1, and the photon emitted from the second laser generator 212 means base 2. The random laser selection unit 213 positioned next to the first laser generation unit 211 and the second laser generation unit 212 may include a switch, and the random laser selection unit 213 may include a switch at each time. Switching is performed so that photons are emitted from only one of the first laser generator 211 and the second laser generator 212 in a time slot, which serves to select the basis of the quantum state transmitted by the transmitter 210 do Then, the amplitude modulator 214 determines the state of each base. As an electrical signal input of the amplitude modulator 214, DC or an AC signal having the above-described frequency a is applied. The DC signal has a positive value, and the AC signal having the above-mentioned frequency a has positive and negative values of the same magnitude. to have the value of . At this time, the AC signal modulates the inside of a single photon wave packet at a very high speed in the time domain, and the photon modulated with the DC signal and the photon rapidly modulated with the AC signal have the same characteristics, and a single photon detector ( 224).

직류 신호를 진폭 변조기(214)의 전기 신호로 가하는 경우, 입력된 광자의 주파수와 위상은 변화하지 않는다. 한편 상기한 a 주파수를 가지는 교류 신호를 가하는 경우, 중심 주파수로부터

Figure 112015010332818-pat00007
만큼의 주파수 크기의 변화가 발생하며,
Figure 112015010332818-pat00008
를 주기로 위상이 변화한다. 즉, A 주파수 광자에 직류 신호 변조를 가한 것이 기저1의 상태1, A 주파수 광자에 교류 신호 변조를 가한 것이 기저1의 상태2,
Figure 112015010332818-pat00009
주파수 광자에 직류 신호 변조를 가한 것이 기저2의 상태1,
Figure 112015010332818-pat00010
주파수 광자에 교류 신호 변조를 가한 것이 기저2의 상태2가 된다. 도 4에서는 상기 진폭 변조기(214)에서의 진폭 변조(amplitude modulation)를 설명하기 위한 도면이 제시되어 있다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1 레이저 생성부(211) 또는 제2 레이저 생성부(212)에서 생성된 레이저 신호에 직류 신호가 진폭 변조되는 경우에는 레이저의 각 펄스가 모두 0도의 위상을 가지게 되고, 레이저 신호에 교류 신호가 진폭 변조되는 경우에는 각 펄스의 위상이 교류 신호의 위상에 따라 달라지게 되어, 수신부(220)의 비대칭 지연 간섭계(222, 223)에서 보강 간섭 또는 상쇄 간섭을 일으키게 된다.When a DC signal is applied as an electrical signal of the amplitude modulator 214, the frequency and phase of the input photon do not change. On the other hand, when applying the AC signal having the above-mentioned frequency a, from the center frequency
Figure 112015010332818-pat00007
A change in the magnitude of the frequency occurs by
Figure 112015010332818-pat00008
The phase changes with a period of In other words, a state 1 of base 1 is applied to the A frequency photon with DC signal modulation, and a state 2 of base 1 is that an AC signal modulation is applied to the A frequency photon.
Figure 112015010332818-pat00009
DC signal modulation applied to frequency photons is the basis 2 state 1,
Figure 112015010332818-pat00010
State 2 of base 2 is obtained by applying AC signal modulation to frequency photons. 4 is a diagram for explaining amplitude modulation in the amplitude modulator 214 . As can be seen in FIG. 4 , when the DC signal is amplitude-modulated to the laser signal generated by the first laser generator 211 or the second laser generator 212, each pulse of the laser has a phase of 0 degrees. When the AC signal is amplitude-modulated to the laser signal, the phase of each pulse changes depending on the phase of the AC signal, causing constructive or destructive interference in the asymmetric delay interferometers 222 and 223 of the receiver 220. do.

수신부(220)는 위 주파수를 가지는 광자를 자유 스펙트럼 영역 (Free Spectral Range)를 갖는 비대칭 지연 간섭계(222, 223) 2개를 이용하여 검출한다. 비대칭 지연 간섭계(222, 223) 는 도파로의 길이 차이가

Figure 112015010332818-pat00011
만큼의 시간 지연을 가지도록 설계되어 있고, 두 경로의 보강 간섭과 상쇄 간섭을 출력으로 내보내는 두 개의 포트로 구성되어 있다. 두 개의 비대칭 지연 간섭계(222, 223)는 각각 기저1과 기저2에 대한 주파수 특성에 맞도록 설계되어 있는데, 자신의 설계와 맞는 기저 주파수를 가진 광자가 들어오는 경우 특정 포트에서 광자가 나가게 되지만, 자신의 설계와 맞지 않는 기저 주파수를 가진 광자가 들어오는 경우 광자가 두 포트 모두에서 같은 확률로 나가는 특성을 가진다. 즉, 광자와 비대칭 지연 간섭계(222, 223)의 기저 특성이 일치하는 경우 양자 상태 (주파수)를 정확히 구분할 수 있지만, 일치하지 않는 경우에는 양자 상태를 구분할 수 없게 된다.The receiver 220 detects the photon having the above frequency using two asymmetric delay interferometers 222 and 223 having a free spectral range. The asymmetric delay interferometers 222 and 223 show that the difference in the length of the waveguide is
Figure 112015010332818-pat00011
It is designed to have as much time delay and consists of two ports that output constructive and destructive interference of two paths. The two asymmetric delay interferometers 222 and 223 are designed to match the frequency characteristics of the base 1 and the base 2, respectively. When a photon with a base frequency that does not match the design of , comes in, the photon exits from both ports with the same probability. That is, when the photons and the basis characteristics of the asymmetric delay interferometers 222 and 223 match, the quantum state (frequency) can be accurately distinguished, but when the photons do not match, the quantum state cannot be distinguished.

도 5에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 코딩 기반 양자 키 분배 시스템(200)에서의 비대칭 지연 간섭계(222, 223)에서의 동작에 대하여 설명하고 있다. 각 비대칭 지연 간섭계(222, 223)는 각각 제1 레이저 생성부(211) 및 제2 레이저 생성부(212)에 대응하게 된다.Figure 5 describes the operation in the asymmetric delay interferometer (222, 223) in the frequency coding-based quantum key distribution system 200 according to an embodiment of the present invention. Each of the asymmetric delay interferometers 222 and 223 corresponds to the first laser generator 211 and the second laser generator 212, respectively.

또한 각 비대칭 지연 간섭계(222, 223)에서는 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 직류 변조된 신호가 입사하는 경우에는 보강 간섭 단자(constructive port)에서는 신호가 보강되어 단일 광자 검출기(224)에서 검출되게 되고, 상쇄 간섭 단자(destructive port)에서는 신호가 상쇄되어 단일 광자 검출기(224)에서 광자를 검출할 수 없게 된다. 반면, 교류 변조된 신호가 입사하는 경우에는 보강 간섭 단자(constructive port)에서는 신호가 상쇄되어 단일 광자 검출기(224)에서 광자를 검출할 수 없게 되고, 상쇄 간섭 단자(destructive port)에서는 신호가 보강되면서 단일 광자 검출기(224)에서 광자를 검출할 수 있게 된다. In addition, as can be seen in FIG. 5 in each of the asymmetric delay interferometers 222 and 223, when a DC modulated signal is incident, the signal is reinforced at the constructive interference terminal and detected by the single photon detector 224. and the signal is canceled at the destructive port so that the single photon detector 224 cannot detect the photon. On the other hand, when an AC-modulated signal is incident, the signal is canceled at the constructive port so that the single photon detector 224 cannot detect a photon, and the signal is reinforced at the destructive port. A single photon detector 224 may detect photons.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예로서 기저1의 상태 1, 2 및 기저 2의 상태 1, 2를 검출할 수 있는 양자 키 분배 시스템을 구성할 수 있게 된다.Accordingly, as an embodiment of the present invention, it is possible to configure a quantum key distribution system capable of detecting states 1 and 2 of base 1 and states 1 and 2 of base 2.

또한, 송신부(210)가 보내는 단일 광자는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 수신자(220) 앞단에 위치하는 50:50 분광기(splitter)(221)를 통해 임의의 비대칭 지연 간섭계(222, 223)로 들어가게 된다. 즉, 송신부(210)가 보낸 광자의 절반은 완벽히 양자 상태를 구분할 수 있고, 절반은 양자 상태를 구분할 수 없게 된다. In addition, as shown in FIG. 2 , the single photon sent by the transmitter 210 is sent to arbitrary asymmetric delay interferometers 222 and 223 through a 50:50 splitter 221 located at the front end of the receiver 220 . will go in That is, half of the photons sent by the transmitter 210 can completely discriminate the quantum state, and half cannot discriminate the quantum state.

상기한 과정을 이용하여 본 발명에 따른 주파수 도메인 코딩을 이용한 양자 키 분배 시스템(200)을 구현할 수 있게 된다. 종래 기술에 따른 수신부의 경우 변조기를 포함하여 구성됨에 따라 입력 손실이 커지는 문제점이 있었지만, 본 발명에 주파수 도메인 코딩을 이용한 양자 키 분배 시스템(200)에서는 수신부(220)가 변조기를 포함하지 않고 분광기(splitter)(221)와 비대칭 지연 간섭계(222, 223)로만 구성되어 있어 손실을 크게 줄일 수 있고, 이에 따라 양자 키를 전송할 수 있는 거리를 크게 늘릴 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 지연 간섭계(222, 223)는 종래 기술에 비하여 매우 빠른 a 주파수 변조에 적합한 수백 ps 수준의 지연 시간을 가지고 있는데, 이는 비대칭 지연 간섭계(222, 223)에서의 도파로의 길이 차이를 크게 줄일 수 있음을 의미한다. 이에 따라, 온도 및 편광 변화에 따라 비대칭 지연 간섭계(222, 223)에서의 서로 다른 경로에서 발생할 수 있는 영향을 줄일 수 있게 되며, 이에 따라 종래 기술에 따른 타 양자 키 분배 시스템보다 편광과 온도 변화에 대해 더욱 높은 안정성을 가질 수 있도록 해준다. By using the above process, it is possible to implement the quantum key distribution system 200 using frequency domain coding according to the present invention. In the case of the receiver according to the prior art, there was a problem in that the input loss increases as it is configured to include a modulator, but in the quantum key distribution system 200 using the frequency domain coding in the present invention, the receiver 220 does not include a modulator and a spectrometer ( splitter) 221 and the asymmetric delay interferometers 222 and 223, so that the loss can be greatly reduced, and accordingly, the distance over which the quantum key can be transmitted can be greatly increased. In addition, the asymmetric delay interferometers 222 and 223 according to an embodiment of the present invention have a delay time of several hundred ps suitable for very fast a-frequency modulation compared to the prior art, which is asymmetric delay interferometers 222 and 223. This means that the difference in the length of the waveguide can be significantly reduced. Accordingly, it is possible to reduce the influence that may occur in different paths in the asymmetric delay interferometers 222 and 223 according to the change in temperature and polarization, and accordingly, to the change in polarization and temperature than other quantum key distribution systems according to the prior art. This allows for higher stability.

나아가, 도청자(Eve)가 송신부(210)에서 송출된 신호를 분광 분석하여 정보를 획득하고 수신자(220)에게 재전송하거나 송신자(210)에서 송출된 신호를 유사 양자 정보 복제(approximate quantum cloning)한 후 사후 분광 분석하는 경우, 송신자(210) 정보의 기저 주파수를 알지 못하면 정확한 정보를 획득하지 못하도록, 각각 주파수 코딩 상태의 스펙트럼 겹침을 일으키기 위하여 상기 주파수 코딩을 짧은 길이의 펄스로 생성하는 것이 바람직하다. 이때 펄스의 길이는 펄스의 덮게함수 (envelope function)의 모양에 따라 다소 달라 질 수 있으나 대체로 2/a (sec) 가 되도록 광자 펄스를 생성하여 보내는 것이 보다 적절하다. Furthermore, the eavesdropper (Eve) obtains information by spectroscopically analyzing the signal transmitted from the transmitter 210 and retransmits it to the receiver 220 or replicates the signal transmitted from the transmitter 210 to approximate quantum information. In the case of post-post-spectral analysis, it is preferable to generate the frequency coding as a pulse of a short length in order to cause spectral overlap of each frequency coding state so that accurate information cannot be obtained if the base frequency of the transmitter 210 information is not known. At this time, the length of the pulse may vary somewhat depending on the shape of the envelope function of the pulse, but it is more appropriate to generate and send a photon pulse so that it is generally 2/a (sec).

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 코딩 광자 신호는 시간 공간상에서 보았을 때 하나의 광자 펄스의 길이 대체로 2/a 정도가 되고, 이 속에 1/2a 의 시간 해상도로 대체로 최고 720도의 광 위상 변조가 이루어 지는 코드를 의미하게 된다. 또한, 수신부(220)에서 현실적으로 완벽하지 못한 비대칭 지연 간섭계(222, 223)를 사용할 경우 주파수 코딩 상태의 변별력(visibility)을 증가시키기 위해 광자 펄스의 길이를 2/a 보다 다소 길게 만들 수도 있다. 하지만, 이 경우 도청자(Eve)가 분광 분석을 성공할 수 없도록 길이를 퓨리에 변환을 통해 스펙트럼 겹침이 충분이 일어나도록 펄스 길이를 제한하여야 한다. Accordingly, in the frequency-coded photon signal according to an embodiment of the present invention, the length of one photon pulse is approximately 2/a when viewed in time space, and the optical phase of up to 720 degrees with a temporal resolution of 1/2a in this. It means the code in which the modulation is made. In addition, when the receiver 220 uses the imperfect asymmetric delay interferometers 222 and 223 in reality, the length of the photon pulse may be made somewhat longer than 2/a in order to increase the visibility of the frequency coding state. However, in this case, the pulse length must be limited so that the spectral overlap occurs sufficiently through the Fourier transform of the length so that the eavesdropper Eve cannot succeed in spectral analysis.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 지연 간섭계(222, 223)를 사용할 경우 주파수 코드는 다음과 같이 확장된 반복 스펙트럼을 가지도록 코드를 생성할 수도 있다:In addition, when using the asymmetric delay interferometers 222 and 223 according to an embodiment of the present invention, the frequency code may generate a code to have an extended repetition spectrum as follows:

기저1의 상태1: 주파수

Figure 112015010332818-pat00012
, k는 정수 Base 1 State 1: Frequency
Figure 112015010332818-pat00012
, k is an integer

기저1의 상태2: 주파수

Figure 112015010332818-pat00013
, k는 정수 Base 1 State 2: Frequency
Figure 112015010332818-pat00013
, k is an integer

기저2의 상태1: 주파수

Figure 112015010332818-pat00014
, k는 정수 Base 2: State 1: Frequency
Figure 112015010332818-pat00014
, k is an integer

기저2의 상태2: 주파수

Figure 112015010332818-pat00015
, k는 정수. Base 2: State 2: Frequency
Figure 112015010332818-pat00015
, k is an integer.

이러한 반복 스펙트럼 코드는 일반적으로

Figure 112015010332818-pat00016
의 속도로 반복되는 return-to-zero (RZ) 광펄스에서 각각의 광펄스에 다음과 같은 위상 변조를 인가함으로서 얻을 수 있다: These repeating spectral codes are usually
Figure 112015010332818-pat00016
In return-to-zero (RZ) light pulses repeated at a rate of , it can be obtained by applying the following phase modulation to each light pulse:

기저1의 상태1: 동일한 위상의 연속된 광펄스 State 1 of Base 1: Continuous light pulses of the same phase

기저1의 상태2: 각각 0도, 180도, 0도, 180도 의 위상 변조를 같은 연속된 광펄스 Base 1 State 2: Continuous light pulses with the same phase modulation of 0°, 180°, 0°, and 180° respectively

기저2의 상태1: 각각 0도, 90도, 180도, 270도 의 위상 변조를 같은 연속된 광펄스 State of Base 2: Continuous light pulses with the same phase modulation of 0°, 90°, 180°, and 270° respectively

기저2의 상태2: 각각 0도, 270도, 180도, 90도 의 위상 변조를 같은 연속된 광펄스. State 2 of Base 2: Continuous light pulses with phase modulation of 0°, 270°, 180°, and 90° respectively.

이때, 앞서 기술된 방법과 마찬가지로 여러 개의 펄스의 최대값들은 덮게 함수의 모양을 따르고 덮게 함수의 길이는 분광 분석이 불확실하게 되도록 대체로 2/a 정도로 스펙트럼 코드를 생성하는 것이 바람직하다.At this time, like the method described above, the maximum values of several pulses follow the shape of the occlusion function, and the length of the occlusion function is preferably approximately 2/a to generate the spectral code so that the spectral analysis becomes uncertain.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and are not limited to these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

200 : 주파수 도메인 코딩을 이용한 양자 키 분배 시스템
210 : 송신부
211 : 제1 레이저 생성부
212 : 제2 레이저 생성부
213 : 랜덤 레이저 선택부
214 : 진폭 변조부
220 : 수신부
221 : 분광기
222 : 제1 비대칭 지연 간섭계
223 : 제2 비대칭 지연 간섭계
224 : 단일 광자 검출기
200: quantum key distribution system using frequency domain coding
210: transmitter
211: first laser generating unit
212: second laser generating unit
213: random laser selection unit
214: amplitude modulator
220: receiver
221: spectroscopy
222: first asymmetric delay interferometer
223: second asymmetric delay interferometer
224: single photon detector

Claims (10)

송신부에서 제1 기저의 캐리어 주파수를 A로 하고, 제2 기저의 캐리어 주파수를 A + a/2로 하여,
제1 기저의 제1 상태 주파수는 A로, 제1 기저의 제2 상태 주파수는 A ± a로 주파수 코딩하고, 제2 기저의 제1 상태 주파수는 A + a/2로, 제2 기저의 제2 상태 주파수는 A + 3a/2 및 A - a/2로 주파수 코딩하여 생성된 양자 키 정보를 포함하는 광자 신호를 송신하는 단계; 및
수신부에서 비대칭 지연 간섭계를 이용하여 상기 광자 신호를 검출하는 단계를 포함하며,
상기 검출하는 단계는,
상기 송신부로부터 수신된 광자 신호를 무작위로 분기하는 단계;
상기 무작위로 분기된 광자 신호를 상기 제1 기저 및 제2 기저에 대응하는 비대칭 지연 간섭계로 인가하여 검출하는 단계를 포함하고,
상기 비대칭 지연 간섭계는 도파로의 길이 차이가 1/2a 만큼의 지연을 가지는 비대칭 지연 간섭계인 것을 특징으로 하는 양자 키 분배 방법.
In the transmitter, the carrier frequency of the first base is set to A, and the carrier frequency of the second base is set to A + a/2.
The first state frequency of the first basis is frequency-coded as A, the second state frequency of the first basis is frequency-coded as A±a, the first state frequency of the second basis is A + a/2, and the second state frequency of the second basis is frequency-coded as A + a/2. Transmitting a photon signal including quantum key information generated by frequency coding the two-state frequency with A + 3a/2 and A - a/2; and
Detecting the photon signal using an asymmetric delay interferometer in a receiver,
The detecting step is
randomly branching the photon signal received from the transmitter;
and detecting the randomly branched photon signal by applying an asymmetric delay interferometer corresponding to the first basis and the second basis,
The asymmetric delay interferometer is a quantum key distribution method, characterized in that the length difference of the waveguide is an asymmetric delay interferometer having a delay of 1/2a.
제 1항에 있어서,
상기 송신하는 단계는,
상기 제1 기저의 캐리어 주파수를 가지는 제1 레이저 및 상기 제2 기저의 캐리어 주파수를 가지는 제2 레이저 중 하나를 선택적으로 차단할 수 있는 스위칭 단계;
상기 스위칭된 레이저(제1 레이저 또는 제2 레이저)를 직류 또는 주파수 a로 주파수 코딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자 키 분배 방법.
The method of claim 1,
The sending step is
a switching step of selectively blocking one of the first laser having the first basis carrier frequency and the second laser having the second basis carrier frequency;
Quantum key distribution method comprising the step of frequency coding the switched laser (first laser or second laser) with direct current or frequency a.
제 2항에 있어서,
상기 주파수 코딩하는 단계에서,
상기 스위칭된 레이저(제1 레이저 또는 제2 레이저)에 직류 신호 또는 주파수 a의 교류 신호로 진폭 변조하여 주파수 코딩하는 것을 특징으로 하는 양자 키 분배 방법.
3. The method of claim 2,
In the frequency coding step,
Quantum key distribution method, characterized in that the switched laser (first laser or second laser) is frequency-coded by amplitude modulation with a DC signal or an AC signal of frequency a.
삭제delete 삭제delete 송신부에서 제1 기저의 캐리어 주파수를 A로 하고, 제2 기저의 캐리어 주파수를 A + a/2로 하여,
제1 기저의 제1 상태 주파수는 A로, 제1 기저의 제2 상태 주파수는 A ± a로 주파수 코딩하고, 제2 기저의 제1 상태 주파수는 A + a/2로, 제2 기저의 제2 상태 주파수는 A + 3a/2 및 A - a/2로 주파수 코딩하여 생성된 양자 키 정보를 포함하는 광자 신호를 송신하는 단계; 및
수신부에서 비대칭 지연 간섭계를 이용하여 상기 광자 신호를 검출하는 단계를 포함하며,
상기 송신하는 단계에서는,
1/2a의 속도로 반복되는 return-to-zero (RZ) 광펄스에 대하여,
각각의 광펄스에 소정의 위상 변조를 인가하여 상기 제1, 제2 기저 및 제1, 제2 상태에 대응하는 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 양자 키 분배 방법.
In the transmitter, the carrier frequency of the first base is set to A, and the carrier frequency of the second base is set to A + a/2.
The first state frequency of the first basis is frequency-coded as A, the second state frequency of the first basis is frequency-coded as A±a, the first state frequency of the second basis is A + a/2, and the second state frequency of the second basis is frequency-coded as A + a/2. Transmitting a photon signal including quantum key information generated by frequency coding the two-state frequency with A + 3a/2 and A - a/2; and
Detecting the photon signal using an asymmetric delay interferometer in a receiver,
In the sending step,
For a return-to-zero (RZ) light pulse repeated at a rate of 1/2a,
A quantum key distribution method, characterized in that by applying a predetermined phase modulation to each light pulse to generate signals corresponding to the first and second basis and the first and second states.
송신부에서 제1 기저의 캐리어 주파수를 A로 하고, 제2 기저의 캐리어 주파수를 A + a/2로 하여,
제1 기저의 제1 상태 주파수는 A로, 제1 기저의 제2 상태 주파수는 A ± a로 주파수 코딩하고, 제2 기저의 제1 상태 주파수는 A + a/2로, 제2 기저의 제2 상태 주파수는 A + 3a/2 및 A - a/2로 주파수 코딩하여 생성된 양자 키 정보를 포함하는 광자 신호를 송신하는 단계; 및
수신부에서 비대칭 지연 간섭계를 이용하여 상기 광자 신호를 검출하는 단계를 포함하며,
상기 광자 신호의 길이는,
상기 광자 신호에 대한 분광 분석을 수행하는 경우 도청을 방지할 수 있도록 스펙트럼 겹침이 발생할 정도로 짧은 것을 특징으로 하는 양자 키 분배 방법.
In the transmitter, the carrier frequency of the first base is set to A, and the carrier frequency of the second base is set to A + a/2.
The first state frequency of the first basis is frequency-coded as A, the second state frequency of the first basis is frequency-coded as A±a, the first state frequency of the second basis is A + a/2, and the second state frequency of the second basis is frequency-coded as A + a/2. Transmitting a photon signal including quantum key information generated by frequency coding the two-state frequency with A + 3a/2 and A - a/2; and
Detecting the photon signal using an asymmetric delay interferometer in a receiver,
The length of the photon signal is
Quantum key distribution method, characterized in that the spectral overlap is short enough to prevent eavesdropping when spectral analysis is performed on the photon signal.
송신부에서 제1 기저의 캐리어 주파수를 A + 2ka로 하고, 제2 기저의 캐리어 주파수를 A + (2k + 1/2)a로 하여,
제1 기저의 제1 상태 주파수는 A + 2ka로, 제1 기저의 제2 상태 주파수는 A + (2k + 1)a로 주파수 코딩하고, 제2 기저의 제1 상태 주파수는 A + (2k + 1/2)a로, 제2 기저의 제2 상태 주파수는 A + (2k - 1/2)a로 주파수 코딩하여 생성된 양자 키 정보를 포함하는 광자 신호를 송신하는 단계(여기서 k는 정수); 및
수신부에서 비대칭 지연 간섭계를 이용하여 상기 광자 신호를 검출하는 단계를 포함하며,
상기 검출하는 단계는,
상기 송신부로부터 수신된 광자 신호를 무작위로 분기하는 단계;
상기 무작위로 분기된 광자 신호를 상기 제1 기저 및 제2 기저에 대응하는 비대칭 지연 간섭계로 인가하여 검출하는 단계를 포함하고,
상기 비대칭 지연 간섭계는 도파로의 길이 차이가 1/2a 만큼의 지연을 가지는 비대칭 지연 간섭계인 것을 특징으로 하는 양자 키 분배 방법.
In the transmitter, the carrier frequency of the first base is A + 2ka, and the carrier frequency of the second base is A + (2k + 1/2)a,
The first state frequency of the first basis is frequency-coded as A + 2ka, the second state frequency of the first basis is frequency-coded as A + (2k + 1)a, and the first state frequency of the second basis is A + (2k + Transmitting a photon signal including quantum key information generated by frequency coding with 1/2)a, where the second state frequency of the second basis is A + (2k - 1/2)a (where k is an integer) ; and
Detecting the photon signal using an asymmetric delay interferometer in a receiver,
The detecting step is
randomly branching the photon signal received from the transmitter;
and detecting the randomly branched photon signal by applying an asymmetric delay interferometer corresponding to the first basis and the second basis,
The asymmetric delay interferometer is a quantum key distribution method, characterized in that the length difference of the waveguide is an asymmetric delay interferometer having a delay of 1/2a.
제1 기저의 캐리어 주파수를 A로 하고, 제2 기저의 캐리어 주파수를 A + a/2로 하여,
제1 기저의 제1 상태 주파수는 A로, 제1 기저의 제2 상태 주파수는 A ± a로 주파수 코딩하고, 제2 기저의 제1 상태 주파수는 A + a/2로, 제2 기저의 제2 상태 주파수를 A + 3a/2 및 A - a/2로 주파수 코딩하여 생성된 양자 키 정보를 포함하는 광자 신호를 송신하는 송신부; 및
비대칭 지연 간섭계를 이용하여 상기 광자 신호를 검출하는 수신부를 포함하며,
상기 수신부에서는,
상기 송신부로부터 수신된 광자 신호를 무작위로 분기하고, 상기 무작위로 분기된 광자 신호를 상기 제1 기저 및 제2 기저에 대응하는 비대칭 지연 간섭계로 인가하여 검출하며,
상기 비대칭 지연 간섭계는 도파로의 길이 차이가 1/2a 만큼의 지연을 가지는 비대칭 지연 간섭계인 것을 특징으로 하는 양자 키 분배 시스템.
Let A be the carrier frequency of the first base and the carrier frequency of the second base be A + a/2,
The first state frequency of the first basis is frequency-coded as A, the second state frequency of the first basis is frequency-coded as A±a, the first state frequency of the second basis is A + a/2, and the second state frequency of the second basis is frequency-coded as A + a/2. a transmitter for transmitting a photon signal including quantum key information generated by frequency coding a two-state frequency with A + 3a/2 and A - a/2; and
A receiver for detecting the photon signal using an asymmetric delay interferometer,
In the receiver,
Randomly branching the photon signal received from the transmitter, and detecting the randomly branched photon signal by applying an asymmetric delay interferometer corresponding to the first basis and the second basis,
The asymmetric delay interferometer is a quantum key distribution system, characterized in that the difference in the length of the waveguide has a delay of 1/2a.
제1 기저의 캐리어 주파수를 A + 2ka로 하고, 제2 기저의 캐리어 주파수를 A + (2k + 1/2)a로 하여,
제1 기저의 제1 상태 주파수는 A + 2ka로, 제1 기저의 제2 상태 주파수는 A + (2k + 1)a로 주파수 코딩하고, 제2 기저의 제1 상태 주파수는 A + (2k + 1/2)a로, 제2 기저의 제2 상태 주파수는 A + (2k - 1/2)a로 주파수 코딩하여 생성된 양자 키 정보를 포함하는 광자 신호를 송신하는 송신부(여기서 k는 정수); 및
비대칭 지연 간섭계를 이용하여 상기 광자 신호를 검출하는 수신부를 포함하며,
상기 수신부에서는,
상기 송신부로부터 수신된 광자 신호를 무작위로 분기하고, 상기 무작위로 분기된 광자 신호를 상기 제1 기저 및 제2 기저에 대응하는 비대칭 지연 간섭계로 인가하여 검출하며,
상기 비대칭 지연 간섭계는 도파로의 길이 차이가 1/2a 만큼의 지연을 가지는 비대칭 지연 간섭계인 것을 특징으로 하는 양자 키 분배 시스템.
Assuming that the carrier frequency of the first base is A + 2ka and the carrier frequency of the second base is A + (2k + 1/2)a,
The first state frequency of the first basis is frequency-coded as A + 2ka, the second state frequency of the first basis is frequency-coded as A + (2k + 1)a, and the first state frequency of the second basis is A + (2k + A transmitter that transmits a photon signal including quantum key information generated by frequency coding with 1/2)a, where the second state frequency of the second basis is A + (2k - 1/2)a (where k is an integer) ; and
A receiver for detecting the photon signal using an asymmetric delay interferometer,
In the receiver,
Randomly branching the photon signal received from the transmitter, and detecting the randomly branched photon signal by applying an asymmetric delay interferometer corresponding to the first basis and the second basis,
The asymmetric delay interferometer is a quantum key distribution system, characterized in that the difference in the length of the waveguide has a delay of 1/2a.
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