ES3074828T3 - Sistema y método de determinación de claves de cifrado mediante la codificación de fase de una señal - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un emisor (Alice) configurado para transmitir una señal interferométrica codificada s2 a través de un canal de transmisión. El emisor cuenta con un módulo generador de señal (100) configurado para generar una señal cuántica intermedia lψ1 y una señal de control intermedia Sc. El módulo generador de señal (100) también está configurado para producir un desfase de frecuencia Δω entre la señal cuántica intermedia lψ1 y la señal de control intermedia Sc. El emisor también dispone de un módulo interferométrico de codificación (200) configurado para determinar la señal interferométrica codificada s2, que comprende una señal cuántica interferométrica codificada |ψA| y una señal de control interferométrica scA que viajan a lo largo de una trayectoria óptica sustancialmente similar. El módulo interferométrico de codificación (200) comprende un dispositivo de codificación configurado para modular en fase únicamente un componente de la señal cuántica intermedia lψ1. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Sistema y método de determinación de claves de cifrado mediante la codificación de fase de una señalCampo técnico

[0003] La presente invención se refiere de manera general al campo de las comunicaciones cuánticas y, en particular, a un sistema y método de determinación de claves de cifrado cuántico.

[0004] La determinación de claves de cifrado cuántico (o QKD, acrónimo de la expresión anglosajona correspondiente "Quantum Key Distribution", que significa "distribución de claves cuánticas" en español) es una tecnología de determinación de claves secretas (también llamada tecnología de establecimiento de claves secretas) entre usuarios remotos en el marco de comunicaciones ópticas altamente seguras. Esta tecnología utiliza protocolos criptográficos basados en las leyes de la mecánica cuántica. En particular, se distingue la clase de protocolos "prepara y mide" (P&M, acrónimo de la expresión anglosajona correspondiente "Prepare and Measure") de los protocolos basados en el entrelazamiento cuántico.

[0005] En el campo de la criptografía, los usuarios remotos se denominan convencionalmente Alice (dispositivo emisor) y Bob (dispositivo receptor). Un protocolo P&M de determinación cuántica que utiliza una "codificación en fase" incluye una etapa de emisión, una etapa de recepción y una etapa de reconciliación.

[0006] La primera etapa de emisión la realiza el emisor Alice y consiste en preparar una información cuántica (también llamada "cúbit") codificada en la fase de una señal óptica de impulsos S que posee en promedio menos de un fotón por impulso, y luego emitir esta señal S a través de un canal de transmisión cuántica. El emisor Alice comprende, en particular, un interferómetro óptico compuesto por dos brazos ópticos asimétricos. La información cuántica es entonces una señal cuántica (es decir, un fotón único) modulada según una fase α en uno de los brazos del interferómetro del emisor Alice.

[0007] En la segunda etapa, efectuada por el receptor Bob, se realiza una estimación de la información cuántica sobre la señal recibida. El receptor Bob también comprende un interferómetro óptico, sustancialmente idéntico al interferómetro del emisor Alice. Entonces se aplica una modulación de fase β (independiente de α) a la señal cuántica recibida en uno de los brazos del interferómetro del receptor Bob.

[0008] En la tercera etapa de reconciliación, el emisor Alice y el receptor Bob se comunican las modulaciones de fase idénticas, es decir, tales que α = β, a través de un canal público autentificado.

[0009] Según este protocolo P&M de determinación de clave cuántica que utiliza una codificación en fase, cualquier fluctuación de fase no deseada generada por uno u otro de los interferómetros del sistema de distribución de claves de cifrado cuántico conduce a incertidumbres de probabilidad de medición de los fotones únicos en recepción y, por lo tanto, a errores en los cúbits medidos y en el establecimiento de la clave secreta.

[0010] Las posibles fluctuaciones de fase son fluctuaciones de fase aleatorias que pueden ser de orden térmico, vibracional o procedentes de cualquier otra fuente de ruido que influya en la calidad de la señal que se propaga en cada uno de los interferómetros. Esto da como resultado variaciones de fase específicas para cada uno de los interferómetros ópticos del sistema que no pueden ser perfectamente idénticas.

[0011] Otras posibles fluctuaciones de fase son las fluctuaciones de fase deterministas presentes en sistemas que comprenden un emisor Alice y un receptor Bob en movimiento relativo uno con respecto al otro. Inducen variaciones de fase debidas al cambio en la geometría de transmisión de la señal a lo largo del tiempo, como se describe en el artículo "Interference at the Single Photon Level Along Satellite-Ground Channels" de G. Vallone et al. 2016, Phys. Rev. Lett.116, 253601.

[0012] Para resolver los problemas de fluctuaciones de fase aleatorias, los sistemas de determinación de claves de cifrado cuántico conocidos utilizan dos soluciones distintas. La primera solución consiste en efectuar una estabilización pasiva de los interferómetros ópticos, aislándolos térmicamente y colocándolos en un entorno sin vibraciones, como se describe en el artículo "Gigahertz decoy quantum key distribution with 1 Mbit/s secure key rate" de A. R. Dixon et al. 2008, Optics Express Vol. 16, edición 23, pág. 18790-18797. Esta solución, aunque es eficaz para aplicaciones en entornos controlados con comunicación por fibra en tierra, no está adaptada para aplicaciones con condiciones extremas de uso. En particular, en el ámbito espacial, en donde al menos uno de los usuarios remotos es un satélite, esta solución implica el uso de un lazo de control a bordo del satélite, lo que aumenta los factores de coste, peso y potencia de su carga útil.

[0013] La segunda solución consiste en realizar una multiplexación temporal de la señal cuántica con una señal de control de impulsos que posee un gran número de fotones, como se describe en el artículo "10-Mb/s Quantum Key Distribution" de Z. Yuan et al. 2018, Journal of Lightwave Technology, volumen: 36, edición: 16. Esta solución conlleva una reducción de la velocidad de transmisión de la información cuántica y requiere el uso de una electrónica de compensación en tiempo real que puede resultar difícil de implementar. Además, el fenómeno de atenuación de la intensidad de los impulsos de la señal de control, debido a variaciones en la tasa de transmisión atmosférica, podría interpretarse como una disminución del contraste generada por las fluctuaciones de fase en los interferómetros, y conducir así a una corrección errónea de las fluctuaciones de fase.

[0015] Otros ejemplos de sistemas de determinación de claves de cifrado cuántico se proponen en los documentos EP 1 499040 A2 y GB 2430124 A.

[0017] Por lo tanto, los sistemas existentes de determinación de claves de cifrado cuántico no son capaces de resolver los problemas de fluctuaciones de fase deterministas.

[0019] Por lo tanto, existe la necesidad de un sistema y un método mejorados de determinación de claves de cifrado cuántico, que sean capaces, en particular, de corregir las fluctuaciones de fase aleatorias inducidas por los interferómetros utilizados para la codificación y la decodificación de la fase, así como las fluctuaciones de fase deterministas presentes cuando el transmisor y el receptor están en movimiento uno con respecto al otro.

[0021] Compendio de la invención

[0023] La presente invención mejora la situación al proponer un emisor (Alice) configurado para transmitir una señal interferométrica codificada S<2>a través de un canal de transmisión, comprendiendo el emisor un módulo de generación de señal configurado para generar una señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 y una señal de control intermedia S<c>, estando el módulo de generación de señal configurado, además, para efectuar un desplazamiento de frecuencia Δω entre la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 y la señal de control intermedia S<c.>El emisor también comprende un módulo interferométrico de codificación configurado para recibir la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 y la señal de control intermedia S<c>, y para determinar la señal interferométrica codificada S<2>que comprende una señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y una señal de control interferométrica S<cA>a partir de la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 y de la señal de control intermedia S<c>que recorren un camino óptico sustancialmente similar, comprendiendo el módulo interferométrico de codificación un dispositivo de codificación configurado para aplicar una modulación de fase α únicamente a un componente de la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉.

[0025] En algunas realizaciones, el módulo interferométrico de codificación se puede implementar en forma de un interferómetro óptico asimétrico que comprende un primer brazo interferométrico y un segundo brazo interferométrico, siendo el primer brazo interferométrico más corto que el segundo brazo interferométrico. El dispositivo de codificación puede comprender entonces al menos una unidad de separación de frecuencia colocada en el segundo brazo interferométrico, estando la unidad de separación de frecuencia configurada para efectuar un desacoplamiento de frecuencia de la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 y de la señal de control intermedia S<c.>

[0026] Ventajosamente, el módulo de generación de señal puede comprender, además, una unidad de desplazamiento temporal configurada para desplazar temporalmente la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 y la señal de control intermedia S<c.>

[0028] La presente invención propone, además, un receptor (Bob) configurado para recibir una señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y una señal de control interferométrica S<cA>a través de un canal de transmisión, comprendiendo el receptor un módulo interferométrico de transcodificación configurado para generar una señal cuántica interferométrica transcodificada |Ψ<B>〉 y una señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>a partir de la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y de la señal de control interferométrica S<cA>que recorren un camino óptico sustancialmente similar, comprendiendo el módulo interferométrico de transcodificación un dispositivo de transcodificación y de modulación de fase configurado para aplicar una modulación de fase β<eff>únicamente a un componente de la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y una modulación de fase φ<m>únicamente a un componente de la señal de control interferométrica S<cA>. El receptor también comprende un módulo de procesamiento configurado para realizar al menos una medición de la señal cuántica interferométrica transcodificada |Ψ<B>〉 y al menos una medición de la señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>, estando el módulo de procesamiento configurado, además, para determinar la modulación de fase β<eff>a partir de la modulación de fase φ<m>y de la al menos una medición interferométrica de la señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>.

[0030] En unas realizaciones, el módulo interferométrico de transcodificación se puede implementar en forma de un interferómetro óptico asimétrico que comprende un primer brazo interferométrico y un segundo brazo interferométrico, siendo el primer brazo interferométrico más corto que el segundo brazo interferométrico. El dispositivo de transcodificación y de modulación de fase puede comprender entonces al menos una unidad de separación de frecuencia colocada en el segundo brazo interferométrico, estando la unidad de separación de frecuencia configurada para efectuar un desacoplamiento de frecuencia de la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y de la señal de control interferométrica S<cA>.

[0031] Ventajosamente, el módulo interferométrico de transcodificación puede comprender dos caminos ópticos a la salida del interferómetro, y el módulo de procesamiento puede comprender dos partes de procesamiento, comprendiendo cada parte de procesamiento una unidad de separación de frecuencia y estando configurada para efectuar una medición entre la al menos una medición de la señal cuántica interferométrica transcodificada |Ψ<B>〉 y una medición entre la al menos una medición de la señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>, procedentes de los dos caminos ópticos.

[0033] Las realizaciones de la invención proporcionan, por lo tanto, un sistema de determinación de clave de cifrado cuántico que comprende un emisor (Alice) y un receptor (Bob).

[0035] Además, se propone un método de emisión de una señal interferométrica codificada S<2>, implementado por el emisor (Alice), comprendiendo el método las etapas que consisten en:

[0037] - generar una señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 de frecuencia ω<q>y una señal de control intermedia S<c>de frecuencia ω<c>con un desplazamiento de frecuencia igual a

[0040]

[0043] - aplicar una modulación de fase α únicamente a un componente de la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 que pasa a través de un interferómetro, la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 y la señal de control intermedia S<c>recorren un camino óptico sustancialmente similar para generar una señal interferométrica codificada S<2>que comprende una señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y una señal de control interferométrica S<cA>,

[0045] - generar una señal interferométrica codificada S<2>que comprenda la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y la señal de control interferométrica S<cA>.

[0047] El método de emisión comprende, además, una etapa que consiste en aplicar un retardo temporal entre la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 y la señal de control intermedia S<c.>

[0049] También se propone un método de recepción de una señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y de una señal de control interferométrica S<cA>, implementado por el receptor (Bob), comprendiendo el método las etapas que consisten en:

[0051] - aplicar una modulación de fase φ<m>al componente de la señal de control interferométrica S<cA>y generar una señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>,

[0053] - realizar al menos una medición de la señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>,

[0055] - determinar una modulación de fase β<eff>a partir de la modulación de fase φ<m>y de la medición de la señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>,

[0057] - aplicar la modulación de fase β<eff>al componente de la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y generar una señal cuántica interferométrica transcodificada |Ψ<B>〉, recorriendo la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y la señal de control interferométrica S<cA>un camino óptico sustancialmente similar,

[0058] - realizar al menos una medición de la señal cuántica interferométrica transcodificada |Ψ<B>〉.

[0060] El sistema y el método de establecimiento de claves de cifrado cuántico según las realizaciones de la invención permiten corregir las fluctuaciones de fase aleatorias inducidas por los interferómetros utilizados para la codificación y la decodificación de la fase y las fluctuaciones de fase deterministas presentes cuando el transmisor y el receptor están en movimiento uno con respecto al otro, con el fin de establecer la clave cuántica.

[0062] Descripción de las figuras

[0064] Otras características, detalles y ventajas de la invención se pondrán de manifiesto con la lectura de la descripción hecha con referencia a los dibujos adjuntos aportados a modo de ejemplo.

[0066] [Fig.1] La figura 1 es un diagrama que representa un sistema de determinación de claves de cifrado cuántico, según unas realizaciones de la invención.

[0068] [Fig.2] La figura 2 es un diagrama que representa un módulo de generación de señal de un emisor, según unas realizaciones de la invención.

[0069] [Fig. 3] La figura 3 es un diagrama que representa un módulo interferométrico de codificación de un emisor, según unas realizaciones de la invención.

[0070] [Fig. 4] La figura 4 es un diagrama que representa un módulo interferométrico de transcodificación de un receptor, según unas realizaciones de la invención.

[0071] [Fig. 5] La figura 5 es un diagrama que representa un módulo de procesamiento de un receptor, según unas realizaciones de la invención.

[0072] [Fig. 6] La figura 6 es un diagrama que representa una unidad de corrección del módulo de procesamiento de un receptor, según unas realizaciones de la invención.

[0073] [Fig.7] La figura 7 es un organigrama que representa un método de determinación de claves de cifrado cuántico realizado por un emisor, según unas realizaciones de la invención.

[0074] [Fig.8] La figura 8 es un organigrama que representa un método de determinación de claves de cifrado cuántico realizado por un receptor, según unas realizaciones de la invención.

[0075] En las figuras se usan referencias idénticas para designar elementos idénticos o análogos. Por razones de claridad, los elementos representados no están a escala.

[0076] Descripción detallada

[0077] La figura 1 representa esquemáticamente un sistema de determinación de claves de cifrado cuántico 1 que comprende dos dispositivos 10 y 30 que se comunican entre sí. Los dos dispositivos comprenden un emisor 10, también llamado "Alice", y un receptor 30, también llamado "Bob".

[0078] El sistema de determinación de claves de cifrado cuántico 1 puede utilizarse, por ejemplo, en el ámbito espacial, cuando el emisor Alice (o recíprocamente el receptor Bob) está montado a bordo de un satélite y el receptor Bob (o recíprocamente el emisor Alice) es un módulo terrestre. El sistema de determinación de claves de cifrado cuántico 1 se puede utilizar, además, en una aplicación de la invención en donde uno de los dispositivos o los dos dispositivos, Alice y Bob, son módulos aviónicos. Según unas realizaciones, el sistema de determinación de claves de cifrado cuántico 1 también puede utilizarse en una aplicación de la invención en donde uno de los dispositivos o los dos dispositivos, Alice y Bob, son módulos para fibras ópticas integrados en redes terrestres.

[0079] Un dispositivo Alice y/o Bob puede ser fijo o estar en movimiento con respecto al otro dispositivo de comunicación. El emisor Alice comprende un módulo de generación de señal 100 y un módulo interferométrico de codificación 200. El receptor Bob comprende un módulo interferométrico de transcodificación 300 y un módulo de procesamiento 400. Ventajosamente, el emisor Alice y el receptor Bob son dispositivos totalmente ópticos de fibra. Tal como se usa aquí, una "señal" o "señal óptica" se refiere a un impulso de luz coherente procedente, por ejemplo, de un haz láser. En concreto, un haz láser puede caracterizarse por su cadencia de impulsos f y por un impulso láser (es decir, la señal) definido por su intensidad I, su fase y su frecuencia ω. La "frecuencia ω" del haz láser designa la "frecuencia óptica del impulso láser multiplicada por 2π" definida en función de la longitud de onda del haz λ, tal que , donde c designa la velocidad de la luz.

[0080] Una "señal cuántica" se refiere a una señal óptica que tiene de media menos de un fotón por impulso. La medición de una señal cuántica proporciona una medición de detección de un fotón que depende de una "probabilidad de detección" de este fotón.

[0081] Tal como se usa aquí, una "codificación" se refiere a una o varias operaciones que consisten en generar una representación de información según un determinado código. Por ejemplo, y sin limitación, una codificación puede comprender la aplicación de una primera modulación de fase a una señal cuántica.

[0082] Una "transcodificación" se refiere a una o varias operaciones que consisten en transformar una representación de información según un determinado código en otra representación según otro código diferente. Por ejemplo, y sin limitación, una transcodificación puede comprender la aplicación de una segunda modulación de fase a una señal cuántica modulada en fase.

[0083] El emisor Alice está configurado para generar y transmitir, a través de un canal de transmisión 50 (también denominado "canal cuántico"), una señal codificada.

[0084] El canal de transmisión 50 puede ser, por ejemplo, un espacio libre o un dispositivo de fibra para el transporte de información, en función de la aplicación de la invención. El canal de transmisión 50 puede comprender un dispositivo espía, denominado "Eve" (no representado en las figuras), configurado para interceptar la señal transmitida por el emisor Alice.

[0085] El módulo interferométrico de codificación 200 del emisor Alice y el módulo interferométrico de transcodificación 300 del receptor Bob pueden tener arquitecturas sustancialmente idénticas. Un módulo interferométrico comprende un interferómetro, comprendiendo el interferómetro un primer brazo interferométrico y un segundo brazo interferométrico.

[0086] En unas realizaciones, el primer brazo interferométrico del módulo interferométrico de codificación 200 y el primer brazo interferométrico del módulo interferométrico de transcodificación 300 no comprenden ningún elemento óptico capaz de modificar la fase de una señal que lo atraviesa. Además, el primer brazo interferométrico del módulo interferométrico de codificación 200 y el primer brazo interferométrico del módulo interferométrico de transcodificación 300 pueden no comprender fluctuación de fase, lo que induce un desplazamiento de fase en una señal que los atraviesa, y se denominan "brazos de referencia". En estas realizaciones, el segundo brazo interferométrico del módulo interferométrico de codificación 200 y el segundo brazo interferométrico del módulo interferométrico de transcodificación 300 comprenden, cada uno, uno o varios elementos ópticos y pueden configurarse para modificar la fase de una o varias señales que los atraviesan. Además, el segundo brazo interferométrico del módulo interferométrico de codificación 200 puede comprender fluctuaciones de fase que induzcan un desplazamiento de fase, denominado φ<A>, a cualquier señal que lo atraviese. Por otro lado, el segundo brazo interferométrico del módulo interferométrico de transcodificación 300 puede comprender fluctuaciones de fase que induzcan un desplazamiento de fase, denominado φ<B>, a cualquier señal que lo atraviese.

[0087] El receptor Bob está configurado para recibir la señal codificada del canal de transmisión 50, transmitida por el emisor Alice, y realizar una estimación de la señal recibida (lo que proporciona una señal recibida estimada). El receptor Bob está configurado, además, para determinar y efectuar una corrección diferencial de las fluctuaciones de fase entre los desplazamientos de fase φ<A>y φ<B>inducidos, respectivamente, en la señal codificada y en la señal recibida estimada por los módulos interferométricos comprendidos en el sistema de determinación de claves de cifrado cuántico 1.

[0088] Por otra parte, el emisor Alice y el receptor Bob están configurados para determinar (es decir, establecer) una clave de cifrado cuántico, utilizando la señal codificada y la señal recibida estimada.

[0089] El módulo de generación de señal 100 del emisor Alice está configurado para generar, a partir de una señal inicial denominada S<0>de frecuencia ω<0>e intensidad I<0>, una señal intermedia denominada S<1>que comprende:

[0090] - una señal cuántica intermedia denominada S<q>(o, según la notación de estado cuántico, |Ψ<1>〉) de frecuencia ω<q>e intensidad I<q>, y

[0091] - una señal de control intermedia denominada S<c>de frecuencia ω<c>e intensidad I<c.>

[0092] En particular, el módulo de generación de señal 100 del emisor Alice está configurado para producir un desplazamiento de frecuencia denominado Δω entre la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 y la señal de control intermedia S<c>, pudiendo definirse el desplazamiento de frecuencia Δω según la siguiente ecuación (01):

[0095]

[0097] El módulo interferométrico de codificación 200 del emisor Alice está configurado para generar, a partir de la señal intermedia S<1>, una señal interferométrica codificada denominada S<2>que comprende:

[0098] - una señal cuántica interferométrica codificada denominada |Ψ<A>〉, y

[0099] - una señal de control interferométrica denominada S<cA>.

[0100] En particular, el módulo interferométrico de codificación 200 del emisor Alice puede comprender una unidad de separación de frecuencia colocada en el segundo brazo interferométrico del módulo interferométrico de codificación 200. Un componente de la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 y un componente de la señal de control intermedia S<c>atraviesan el segundo brazo interferométrico del módulo interferométrico de codificación 200. La unidad de separación de frecuencia del módulo interferométrico de codificación se configura entonces para separar (es decir, seleccionar frecuencialmente) el componente de la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 del componente de la señal de control intermedia S<c>según el desplazamiento de frecuencia Δω. El módulo interferométrico de codificación 200 está entonces configurado para aplicar una modulación de fase α, que permite la codificación de una clave de cifrado cuántico, al componente de la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 que atraviesa el segundo brazo interferométrico del módulo interferométrico de codificación 200.

[0101] El módulo interferométrico de transcodificación 300 del receptor Bob está configurado para generar, a partir de la señal interferométrica codificada S<2>, una señal interferométrica transcodificada S<3>que comprende:

[0102] - una señal cuántica interferométrica transcodificada denominada |Ψ<B>〉, y

[0103] - una señal de control interferométrica modulada en fase denominada S<cB>.

[0104] El experto en la técnica comprenderá que el módulo interferométrico de transcodificación 300 del receptor Bob está configurado para:

[0105] - proyectar la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 en un estado cuántico interferométrico transcodificado denominado |Ψ<B+>〉 en un "primer puerto de salida" del interferómetro del módulo 300, y en el estado cuántico interferométrico transcodificado denominado |Ψ<B->〉 en un "segundo puerto de salida" del interferómetro del módulo 300, y

[0106] - generar una señal de control interferométrica modulada en fase denominada S<cB>.

[0107] En particular, el módulo interferométrico de transcodificación 300 del receptor Bob puede comprender una unidad de separación de frecuencia colocada en el segundo brazo interferométrico del módulo interferométrico de transcodificación 300. Un componente de la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y un componente de la señal de control interferométrica S<cA>atraviesan el segundo brazo interferométrico del módulo interferométrico de transcodificación 300. La unidad de separación de frecuencia del módulo interferométrico de transcodificación se configura entonces para separar (es decir, seleccionar frecuencialmente) el componente de la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 del componente de la señal de control interferométrica S<cA>. El módulo interferométrico de transcodificación 300 está entonces configurado para aplicar una modulación de fase β<eff>, que permite transcodificar la clave de cifrado cuántico, y una modulación de fase φ<m>, respectivamente, al componente de señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y al componente de señal de control interferométrica S<cA>que atraviesa el segundo brazo interferométrico del módulo interferométrico de transcodificación 300.

[0108] El módulo de procesamiento 400 del receptor Bob se configura para:

[0109] - medir la señal de control modulada en fase S<cB>procedente del módulo interferométrico de transcodificación 300,

[0110] - determinar una corrección diferencial ε de las fluctuaciones de fase entre los desplazamientos de fase φ<A>y φ<B>(o señal de error discreta ε) a partir de la medición de la señal de control modulada en fase S<cB>y de la modulación de fase φ<m>,

[0111] - determinar el o los valores de la modulación de fase β<eff>a partir de la corrección diferencial ε y de una modulación de fase β, y transmitir el o los valores de la modulación de fase β<eff>al módulo interferométrico de transcodificación 300, y

[0112] - estimar la señal cuántica interferométrica transcodificada |Ψ<B>〉, (es decir, estimar la proyección de la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 sobre los estados cuánticos interferométricos transcodificados |Ψ<B+>〉 y |Ψ<B->〉).

[0113] Cabe señalar que, en estas realizaciones, la señal de control interferométrica S<cA>no está modulada por el módulo interferométrico de codificación 200 del emisor Alice, mientras que un componente de la señal de control interferométrica S<cB>está modulado en fase en el módulo interferométrico de transcodificación 300 del receptor Bob. Esta configuración permite al módulo de procesamiento 400 determinar la corrección diferencial de las fluctuaciones de fase entre los desplazamientos de fase φ<A>y φ<B>de los módulos interferométricos del emisor Alice y del receptor Bob, sin comprometer la seguridad de la clave secreta establecida (es decir, sin modificar la modulación de fase α), y deducir de este modo la modulación de fase β<eff>mediante una retroalimentación electrónica rápida.

[0114] Del mismo modo, un componente de cada una de las señales cuánticas interferométricas |Ψ<A>〉 y |Ψ<B>〉 se modula en fase, respectivamente, en uno de los dos brazos interferométricos del módulo interferométrico de codificación 200, así como en uno de los dos brazos interferométricos del módulo interferométrico de transcodificación 300. Esta doble modulación α y β permite al emisor Alice y al receptor Bob producir la o las informaciones necesarias para el establecimiento de una clave de cifrado segura.

[0115] La figura 2 representa esquemáticamente el módulo de generación de señal 100 del emisor Alice, según unas realizaciones de la invención.

[0116] El módulo de generación de señal 100 comprende una unidad láser 120, una unidad de separación de haz 140 y una unidad de recombinación de haz 160.

[0117] En unas realizaciones, la unidad láser 120 puede comprender un láser de transmisión que emite un haz láser con una frecuencia ω<0>(equivalente a una longitud de onda λ<0>) y caracterizado por una longitud de coherencia denominada L<c.>

[0118] La longitud de onda λ<0>de emisión del láser puede situarse en el visible o en el infrarrojo. Por ejemplo, y de forma no limitativa, la unidad láser 120 puede comprender un diodo láser DFB (acrónimo de la expresión anglosajona correspondiente "Distributed Feedback", que significa de retroalimentación distribuida) que utiliza una red de Bragg que permite elegir la longitud de onda de emisión λ<0>. La longitud de onda λ<0>de emisión elegida del diodo láser puede ser igual a 1550 nm. Un diodo láser de este tipo emite, en concreto, un haz láser continuo. Como alternativa, la unidad láser 120 puede comprender una fuente láser de impulso.

[0119] Así, en unas realizaciones, la unidad láser 120 puede comprender, además, una unidad de modulación de intensidad (no representada en las figuras) que permite generar, a partir de un haz láser continuo (o de impulso), impulsos láser definidos según una cadencia de impulsos f<0>y una intensidad de impulsos I<0>, y una anchura temporal de impulso τ<0>de hasta unos pocos nanosegundos. La cadencia f<0>del tren de impulsos puede ser del orden de algunos kilohercios hasta algunas decenas de gigahercios.

[0120] El haz láser puede polarizarse según cualquier polarización adecuada. Por ejemplo, el haz láser puede estar polarizado linealmente.

[0121] Por consiguiente, la unidad láser 120 configurarse para generar una señal inicial S<0>que puede definirse según la siguiente ecuación (02):

[0124]

[0126] La unidad de separación de haz 140 está configurada para separar el haz láser transmitido por la unidad láser 120 en dos componentes de la señal inicial (denominados, por ejemplo, S<0-1>y S<0-2>) que recorren dos vías ópticas distintas 140-1 y 140-2.

[0127] En unas realizaciones, la unidad de separación de haz 140 puede ser un acoplador óptico (por ejemplo, en Y de fibra) con mantenimiento de polarización, normalmente dispuesto a la salida de la unidad láser 120. La unidad de separación de haz 140 puede ser, además, asimétrica, de manera que proporcione un componente de la señal inicial (por ejemplo, S<0-1>) compuesto por impulsos de baja intensidad que recorren la vía óptica 140-1 y un componente de la señal inicial (por ejemplo, S<0-2>) compuesto por impulsos de alta intensidad que recorren la vía óptica 140-2. Ventajosamente, el acoplador es del tipo 90/10, es decir, suministra el 90 % de la potencia óptica para el componente S<0-2>de la señal inicial que recorre la vía óptica 140-2 y el 10 % de la potencia óptica para el componente S<0-1>de la señal inicial que recorre la vía óptica 140-1. La unidad de separación de haz 140 puede generar, de este modo, los dos componentes de señal S<0-1>y S<0-2>. Los componentes de señal S<0-1>y S<0-2>se pueden definir según las siguientes ecuaciones (03) y (04):

[0130]

[0132] El módulo de generación de señal 100 comprende, además, una unidad 142 configurada para generar una "señal cuántica" a partir del componente S<0-1>de la señal inicial que recorre la vía óptica 140-1.

[0133] En las realizaciones de la invención, la unidad de generación de señal cuántica 142 puede ser un atenuador óptico que permita formar la señal cuántica con una amplitud I<q>equivalente en promedio a menos de un fotón por impulso. La unidad de generación de señal cuántica 142 está configurada, por lo tanto, para generar la señal cuántica S<q>(I<q>, w<0>) denominada señal cuántica intermedia y designada también según la notación de estado cuántico |Ψ<1>〉. Además, la unidad de generación de señal cuántica 142 puede comprender otra unidad de modulación de intensidad (no representada en las figuras) configurada para efectuar una modulación adicional de impulso de la señal cuántica y/o del componente S<0-1>de la señal inicial que recorre la vía óptica 140-1. Por ejemplo, una unidad de este tipo puede utilizarse para implementar un protocolo que aplique estados señuelo cuánticos.

[0134] En determinadas realizaciones, en particular, si la unidad láser 120 comprende una fuente láser continua, la unidad de generación de señal cuántica 142 también puede comprender una unidad de modificación de fase (no representada en las figuras) configurada para modificar la fase de cada uno de los impulsos cuánticos que recorren la vía óptica 140-1. Ventajosamente, la unidad de modificación de fase puede configurarse para hacer aleatoria (es decir, aleatorizar) la fase de cada uno de estos impulsos cuánticos, de modo que las fases de dos impulsos cuánticos consecutivos sean independientes entre sí. Cabe señalar que la aleatorización de fase puede permitir protegerse de ciertos ataques a la clave cuántica, que pueden ser efectuados por un dispositivo espía, denominado "Eve", dispuesto en el canal de transmisión 50 interceptando la señal de control transmitida por el emisor Alice y teniendo en cuenta la coherencia de fase entre impulsos. Una unidad de modificación de fase de este tipo puede ser, por ejemplo, un modulador de fase.

[0136] El módulo de generación de señal 100 comprende, además, una unidad 144 configurada para generar una "señal de control" a partir del componente S<0-2>de la señal inicial que recorre la vía óptica 140-2.

[0138] En unas realizaciones de la invención, la unidad de generación de señal de control 144 puede ser una unidad de desplazamiento de frecuencia configurada para formar la señal de control con una frecuencia ω<c>desplazada con respecto a la frecuencia ω<0>de la señal inicial y del componente S<0-2>de la señal inicial que recorre la vía óptica 140-2, según un desplazamiento Δω = ω<0>- ω<c.>La unidad de generación de señal de control 141 genera entonces una señal S<c>(I<c>, ω<c>), denominada señal de control intermedia y que puede definirse según la siguiente ecuación (05):

[0141]

[0144] La unidad de generación de señal de control 144 puede ser, por ejemplo, un modulador acústico-óptico (AOM, acrónimo de la expresión anglosajona "acousto-optic modulator") o un dispositivo de desplazamiento de frecuencia acústico-óptico (AOFS, acrónimo de la expresión anglosajona "acousto-optic frequency shifters") o un modulador de fase. El módulo de generación de señal 100 puede comprender entonces, por ejemplo, y sin limitación, un generador de tensión 146 que permite controlar el desplazamiento Δω. Cabe señalar que el desplazamiento Δω que se debe aplicar se elige de manera que se obtenga un desacoplamiento espectral entre la señal de control intermedia S<c>y la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 adaptada, con el fin de evitar que el dispositivo espía "Eve" dispuesto en el canal de transmisión 50 que intercepta la señal de control transmitida por el emisor Alice pueda deducir de ella las fluctuaciones de fase que se deben corregir y, por lo tanto, los cúbits transmitidos. Según un ejemplo no limitativo, para una longitud de onda λ<0>de emisión elegida igual a 1550 nm, un desplazamiento Δω entre 1 GHz y 130 GHz puede permitir una variación de unos pocos picómetros a 1 nm entre la longitud de onda de la señal de control intermedia S<c>y la longitud de onda de la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉.

[0146] En determinados realizaciones, la unidad de generación de señal de control 144 (o la unidad de generación de señal cuántica 142) puede comprender, además, una unidad de desplazamiento temporal (no representada en las figuras) configurada para desplazar temporalmente los componentes de haces entre sí. El componente transportado por la vía óptica 140-1 (es decir, la señal cuántica |Ψ<1>〉) puede retrasarse en un tiempo Δτ con respecto al componente de haces transportado por la vía óptica 140-2 (es decir, la señal de control S<c>). Esta duración Δτ se puede definir, por ejemplo, en función de la cadencia de impulsos f<s>del haz y/o de la anchura

[0147] temporal τ<s>de impulso, tales que

. Esta duración Δτ también se puede definir en función de la duración τ<r>de implementación de la retroalimentación electrónica para poder deducir, dentro del emisor Bob, la modulación de fase β<eff>y corregir las fluctuaciones de fase, tales que Δτ < τ<r>.

[0149] La unidad de recombinación de haz 160, en el extremo de las dos vías ópticas distintas 140-1 y 140-2, permite recombinar los dos componentes de señales en un único camino óptico en una señal intermedia S<1>transmitida al módulo interferométrico de codificación 200 y que puede definirse según la siguiente ecuación (06):

[0152]

[0155] La unidad de recombinación de frecuencia 160 de la señal cuántica con la señal de control puede ser, por ejemplo, y en función de las realizaciones utilizadas, un multiplexor de frecuencia (comúnmente denominado MUX) cuya tecnología depende del desplazamiento de frecuencia Δω entre la señal de control intermedia S<2>y la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉.

[0157] La figura 3 representa esquemáticamente un módulo interferométrico de codificación 200 del emisor Alice, según unas realizaciones de la invención.

[0159] El módulo interferométrico de codificación 200 comprende un separador de haz 240 configurado para separar la señal intermedia S<1>transmitida en dos componentes de haces, indicados, por ejemplo, como S<1-1>y S<1-2>, cada uno de los cuales recorre un primer brazo interferométrico indicado como 240-1 o un segundo brazo interferométrico indicado como 240-2. La señal intermedia S<1>comprende la señal de control intermedia S<2>y la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 y cada uno de los componentes S<1-1>y S<1-2>de la señal intermedia comprende un componente de la señal de control intermedia S<c>(por ejemplo, S<c-1>o S<c-2>) y un estado cuántico (o, de forma simplificada, llamado "componente") de la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 (por ejemplo, |Ψ<1-1>〉 o |Ψ<1-2>〉). La unidad de separación de haz 240 puede ser un acoplador óptico simétrico (por ejemplo, en Y de fibra de tipo 50/50) con mantenimiento de polarización, configurado para proporcionar dos componentes S<1-1>y S<1-2>de la señal intermedia compuestos por impulsos de igual intensidad.

[0160] Según unas realizaciones, el módulo interferométrico de codificación 200 puede ser un interferómetro de Michelson, como el ejemplo ilustrado en la figura 3. Ventajosamente, tal módulo interferométrico de codificación 200 puede comprender espejos de Faraday 242 y 248, dispuestos en los extremos de los brazos interferométricos 240-1 y 240-2, configurados para compensar ciertas variaciones en la polarización sufridas por los componentes S<1-1>y S<1-2>de la señal intermedia durante su recorrido respectivo a lo largo de uno de los dos brazos del interferómetro 240-1 o 240-2.

[0161] Por otra parte, como se representa en la figura 3, en estas realizaciones, el separador de haz 240 del módulo interferométrico de codificación 200 puede configurarse para recombinar, en una señal interferométrica codificada resultante S<2>, los componentes de haces S<1-1>y S<1-2>de la señal intermedia, tras su recorrido respectivo a lo largo de uno de los dos brazos interferométricos 240-1 o 240-2.

[0162] Alternativamente, el módulo interferométrico de codificación 200 puede ser un interferómetro de Mach-Zhender (configuración no representada en las figuras). En estas realizaciones, el módulo interferométrico de codificación 200 comprende un acoplador de haz dispuesto en el extremo de los brazos interferométricos 240-1 y 240-2 y configurado para recombinar los componentes de haces S<1-1>y S<1-2>de la señal intermedia en una señal interferométrica resultante S<2>.

[0163] El primer brazo interferométrico 240-1 no comprende ningún elemento óptico adicional. Además, el primer brazo interferométrico 240-1 es el brazo de referencia de fase, de modo que el componente S<1-1>de la señal intermedia que recorre el primer brazo interferométrico 240-1 no sufre fluctuación de fase.

[0164] En unas realizaciones, los dos brazos interferométricos 240-1 y 240-2 pueden tener longitudes de brazo diferentes, de modo que el interferómetro comprenda un brazo interferométrico corto y un brazo interferométrico largo. La diferencia de longitud entre los dos brazos interferométricos se denomina ΔL. El interferómetro del módulo de codificación 200 y el interferómetro del módulo de transcodificación 300 (con arquitecturas sustancialmente idénticas) pueden tener la misma diferencia de longitud ΔL. Por ejemplo, y sin limitación, esta diferencia de longitud ΔL puede ser inferior a la longitud de coherencia L<c>de la unidad láser 120 y superior al tamaño del impulso L<0>definido a partir de la anchura temporal de un impulso L<0>= c × τ<0>, donde c designa la velocidad de la luz y τ<0>la anchura temporal del impulso. Esta diferencia de longitud ΔL induce una separación temporal entre los componentes S<1-1>y S<1-2>de la señal intermedia, recorriendo cada una de ellas uno de los dos brazos interferométricos 240-1 o 240-2, después de la recombinación en una señal interferométrica codificada S<2>. De forma general, para un interferómetro, esta separación temporal se define de tal manera que los componentes de señal se retrasan en una duración Δt, calculada a partir de la diferencia ΔL. Además, un componente en la salida de un interferómetro incluye un retardo llamado "retardo interferométrico" y denominado t, tal que:

[0165] - un componente que recorre el brazo interferométrico corto incluye un retardo interferométrico t = 0; y - el componente que recorre el brazo interferométrico largo incluye un retardo interferométrico t = Δt con respecto al componente que recorre el brazo interferométrico corto.

[0166] En una primera variante de la invención, el primer brazo interferométrico 240-1 puede ser el brazo interferométrico corto. En esta variante de la invención, el segundo brazo interferométrico 240-2 puede ser el brazo interferométrico largo según la diferencia de longitud ΔL entre los dos brazos. Alternativamente, en una segunda variante de la invención, el primer brazo interferométrico 240-1 puede ser el brazo interferométrico largo, mientras que el segundo brazo interferométrico 240-2 puede ser el brazo interferométrico corto.

[0167] El módulo interferométrico de codificación 200 comprende, además, un dispositivo de codificación 240D configurado para aplicar una modulación de fase α únicamente a un componente de la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉. En particular, el dispositivo de codificación 240D puede disponerse (es decir, posicionarse) en el segundo brazo interferométrico 240-2.

[0168] El dispositivo de codificación 240D puede comprender una unidad de separación de frecuencia 244 configurada para separar (es decir, seleccionar frecuencial o espectralmente) el componente S<1-2>de la señal intermedia que recorre el segundo brazo interferométrico 240-2, de manera que se obtengan los siguientes componentes de haces:

[0169] - el componente S<c-2>de la señal de control intermedia S<c>que recorre una vía denominada "vía de señal de control del emisor Alice" 244-1, y

[0171] - el estado cuántico |Ψ<1-2>〉 correspondiente al fotón de la señal cuántica intermedia que recorre una vía denominada "vía de señal cuántica del emisor Alice" 244-2.

[0173] Por otra parte, el dispositivo de codificación 240D puede comprender una unidad de recombinación de frecuencia 246 configurada para recombinar frecuencialmente, en el segundo brazo interferométrico 240-2, los componentes S<c-2>y |Ψ<1-2>〉 que recorren las vías de señal 244-1 y 244-2.

[0175] La unidad de recombinación de frecuencia 246 puede ser idéntica a la unidad de separación de frecuencia 244 del módulo de generación de señal 100. Por ejemplo, estas dos unidades pueden ser demultiplexores de frecuencia (denominados DEMUX) basados en una tecnología que depende del desplazamiento de frecuencia Δω entre la señal de control intermedia S<2>y la señal cuántica intermedia S<q>.

[0177] Como se representa en la figura 3, la vía de señal de control 244-1 del emisor Alice no presenta ningún elemento óptico adicional.

[0179] Ventajosamente, el dispositivo de codificación 240D puede comprender una unidad de modulación de fase 2442 configurada para modular, según un parámetro α (también llamado "modulación de fase α"), la fase del fotón (de estado cuántico |Ψ<1-2>〉) de la señal cuántica intermedia que recorre la vía de señal cuántica 244-2 del emisor Alice. La unidad de modulación de fase 2442 también puede denominarse "unidad de codificación" 2442 (que permite la codificación de una clave de cifrado cuántico).

[0181] Por ejemplo, y de forma no limitativa, una unidad de codificación 2442 puede ser un modulador electroóptico constituido por cristales electroópticos a los que se les aplica una señal eléctrica definida a partir de una unidad de control 2444. La unidad de control puede ser, por ejemplo, un generador de tensión configurado para controlar el parámetro α. La fase del fotón (de estado cuántico |Ψ<1-2>〉) de la señal cuántica intermedia que atraviesa la unidad 2442 se modula entonces para codificar una información cuántica.

[0183] Ventajosamente, el parámetro α puede elegirse en un conjunto de las dos bases ortogonales, como, por ejemplo, [0, π] y [π/2, 3π/2]. Cabe señalar que esta elección del parámetro α y la codificación en fase de la información cuántica constituyen una nueva alternativa al enfoque clásico de un protocolo denominado BB84 (como se describe en el artículo "Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing" de C. Bennett y G. Brassard, 1884, Theoretical Computer Science, vol.560, 1984, págs.7-11). En el protocolo BB84, la codificación de la información cuántica se efectúa sobre la polarización de los fotones (y no sobre su fase). La implementación clásica del protocolo BB84 de codificación en polarización está limitada a restricciones de los sistemas relativas a la corrección de errores en la polarización de la señal cuántica. Dado que esta corrección es de tipo mecánico (por ejemplo, utilizando placas de media onda motorizadas), la implementación clásica del protocolo BB84 está, por lo tanto, limitada en términos de ancho de banda de la señal cuántica con respecto a una solución de codificación en fase que utiliza dispositivos electroópticos (por ejemplo, un modulador electroóptico) que permiten una implementación de alta velocidad. La alta tasa obtenida con las realizaciones de la invención es también mayor en comparación con una codificación que utiliza la multiplexación temporal, que requiere más correcciones de errores de fluctuación y permite reducir así la tasa de codificación y de transferencia de los cúbits. En una aplicación de la invención en el ámbito espacial, la tasa de codificación y de transferencia de los cúbits está, por ejemplo, limitada al tiempo de paso de un satélite. Por lo tanto, en este caso, se reduce el número de cúbits intercambiados durante un paso. Además, si las fluctuaciones se vuelven demasiado importantes, se puede superar el umbral crítico de errores corregibles (igual a aproximadamente el 10 %), de modo que el establecimiento de la clave sería imposible. La alta velocidad del método de codificación en fase presenta entonces la ventaja de aumentar el número de cúbits intercambiados en una comunicación cuántica limitada en el tiempo, lo que permite establecer una clave secreta entre dos usuarios remotos.

[0185] La unidad de control 2444 de la unidad de codificación 2442 del emisor Alice puede comprender, ventajosamente, un generador de números aleatorios cuánticos más seguro que los generadores de números pseudoaleatorios de software utilizados convencionalmente en los ordenadores para generar números aleatorios. Tales generadores de números pseudoaleatorios convencionales utilizan un algoritmo determinista para producir secuencias de números aleatorios predichos. Por el contrario, un generador de números aleatorios cuánticos permite obtener una secuencia de parámetros α para codificar en la fase de la señal cuántica, de manera aleatoria según una probabilidad estadística cuántica que no es previsible, lo que permite proporcionar un mayor nivel de seguridad de la clave secreta.

[0187] Por otro lado, los componentes |Ψ<1-2>〉 de la señal cuántica intermedia y S<c-2>de la señal de control intermedia que recorren el segundo brazo interferométrico 240-2 pueden sufrir fluctuaciones de fase. Sin embargo, estos dos componentes |Ψ<1-2>〉 y S<c-2>siguen caminos ópticos similares, de modo que, en la salida del interferómetro del módulo interferométrico de codificación 200, los componentes |Ψ<1-2>〉 y S<c-2>presentan el mismo desplazamiento de fase φ<A>con respecto a los componentes |Ψ<1-1>〉 y S<c-1>que recorren el primer brazo interferométrico 240-1. Este no es el caso en los dispositivos del estado de la técnica en donde la señal cuántica y la señal de control siguen caminos ópticos diferentes, por ejemplo, si la señal de control toma un primer brazo interferométrico corto y la señal cuántica "toma" un segundo brazo interferométrico largo. Cabe señalar que el término "tomar" en el caso de la señal cuántica se utiliza por razones de simplificación. De hecho, en la práctica, la señal cuántica no "toma" un camino óptico específico u otro, sino más precisamente el equivalente a una superposición de los dos caminos ópticos.

[0188] A la salida del interferómetro del módulo interferométrico de codificación 200, la señal de control interferométrica resultante, denominada S<cA>, puede definirse en función de la señal de control intermedia S<c>y del desplazamiento de fase φ<A>, según la siguiente ecuación (07):

[0191]

[0193] En particular, la señal de control interferométrica S<cA>está constituida por dos impulsos luminosos clásicos de la misma intensidad, separados temporalmente por la cantidad Δt, definida a partir de la diferencia ΔL.

[0194] En la salida del interferómetro del módulo interferométrico de codificación 200, la señal cuántica interferométrica codificada resultante, denominada |Ψ<A>〉, se puede definir en función de la modulación de fase α y del desplazamiento de fase φ<A>, según la siguiente ecuación (08):

[0197]

[0199] Cabe señalar que el estado cuántico |Ψ<A>〉 puede representarse mediante una superposición de los estados |Ψ<1-1>〉 y |Ψ<1-2>〉, de modo que el estado |Ψ<1-1>〉 corresponde al fotón de la señal cuántica intermedia que ha tomado el primer brazo interferométrico 240-1, y el estado |Ψ<1-2>〉 corresponde al fotón de la señal cuántica intermedia que ha tomado el primer brazo interferométrico 240-2.

[0200] Por consiguiente, a la salida del interferómetro del módulo interferométrico de codificación 200, la señal interferométrica codificada S<2>comprende la señal de control interferométrica S<cA>y la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉, y puede definirse según la siguiente ecuación (09):

[0203]

[0205] Como se representa en la figura 3, en unas realizaciones que utilizan un interferómetro de Michelson, la señal interferométrica codificada S<2>puede propagarse entonces, por un lado, hacia el módulo de generación de señal 100 y, por otro lado, hacia el receptor Bob, según el camino óptico 240-3. En estas realizaciones, el módulo interferométrico de codificación 200 del emisor Alice puede comprender, además, una unidad de desviación de señal 220 configurada para desviar (es decir, redirigir) la señal interferométrica codificada S<2>hacia una unidad de control 222 de la señal interferométrica. Por ejemplo, la unidad de control 222 puede ser un fotodiodo de control que permite controlar la señal interferométrica codificada S<2>transmitida por el emisor Alice al receptor Bob. La unidad de desviación de señal 320 puede ser un circulador óptico. La unidad de desviación de señal 220 permite impedir la transferencia de la señal interferométrica codificada S<2>al módulo de generación de señal 100.

[0206] Durante la propagación en el canal de transmisión 50 entre el emisor Alice y el receptor Bob, la señal cuántica y la señal de control de la señal interferométrica codificada S<2>también pueden sufrir fluctuaciones de fase de propagación. Dado que la propagación en el canal de transmisión 50 es común para los dos componentes de la señal interferométrica codificada S<2>, estas fluctuaciones de fase de propagación no influyen en el resultado de la medición de las interferencias cuánticas efectuada por el receptor Bob.

[0207] La figura 4 representa esquemáticamente un módulo interferométrico de transcodificación 300 del receptor Bob, según unas realizaciones de la invención.

[0208] El módulo interferométrico de transcodificación 300 tiene una arquitectura de interferómetro óptico asimétrico similar al módulo interferométrico de codificación 200 del emisor Alice. Así, el módulo interferométrico de transcodificación 300 comprende un separador de haz 340 (por ejemplo, un acoplador óptico simétrico en Y, de fibra de tipo 50/50 con mantenimiento de polarización) configurado para separar el haz de la señal interferométrica S<2>transmitida por el emisor Alice en dos componentes de haces, denominados S<2-1>y S<2-2>. Los componentes S<2-1>y S<2-2>(compuestos por impulsos de igual intensidad, por ejemplo) recorren, cada uno, un primer brazo interferométrico indicado como 340-1 o un segundo brazo interferométrico indicado como 340-2. La señal interferométrica codificada S<2>comprende una señal de control y una señal cuántica, cada uno de los componentes S<2-1>y S<2-2>de la señal intermedia comprende un componente de la señal de control interferométrica (por ejemplo, denominado S<cA-1>o S<cA-2>) y un estado cuántico (o de forma simplificada denominado "componente") de la señal cuántica interferométrica (por ejemplo, denominada |Ψ<A-1>〉 o |Ψ<A-2>〉).

[0210] En una realización en donde el módulo interferométrico de codificación 200 del emisor Alice es un interferómetro de Mach-Zhender, el módulo interferométrico de transcodificación 300 puede ser un interferómetro de Mach-Zhender. En otra realización en donde el módulo interferométrico de codificación 200 es un interferómetro de Michelson, el módulo interferométrico de transcodificación 300 puede ser, ventajosamente, un interferómetro de Michelson que comprende espejos de Faraday 342 y 348, cada uno dispuesto en el extremo de uno de los dos brazos interferométricos 340-1 y 340-2 para compensar las variaciones de polarización sufridas por los componentes de haces S<2-1>y S<2-2>.

[0212] De manera similar al módulo interferométrico de codificación 200 del emisor Alice, el primer brazo interferométrico 340-1 no comprende ningún elemento óptico complementario. Además, el primer brazo interferométrico 340-1 es el brazo de referencia de fase, de modo que el componente S<2-1>de la señal interferométrica codificada S<2>no sufra fluctuación de fase. El primer brazo interferométrico 340-1 puede ser el brazo más corto, mientras que el segundo brazo interferométrico 340-2 es el brazo más largo, presentando los dos brazos una diferencia de longitud ΔL entre sí. Como alternativa, el primer brazo interferométrico 340-1 puede ser el brazo más largo, mientras que el segundo brazo interferométrico 340-2 es el brazo más corto.

[0214] El módulo interferométrico de transcodificación 300 del receptor Bob comprende, además, un dispositivo 340D de transcodificación y de modulación de fase configurado para aplicar una modulación de fase β<eff>únicamente a un componente de la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y una modulación de fase φ<m>únicamente a un componente de la señal de control interferométrica S<cA>. El dispositivo de transcodificación y de modulación de fase 340D puede disponerse (es decir, colocarse) en el segundo brazo interferométrico 340-2.

[0216] El dispositivo de transcodificación y de modulación de fase 340D puede comprender una unidad de separación de frecuencia 344 configurada para separar (es decir, seleccionar frecuencialmente) el componente S<2-2>de la señal intermedia que recorre el segundo brazo interferométrico 340-2, de manera que se obtengan los siguientes componentes de haces:

[0218] - el componente S<cA-2>de la señal de control interferométrica S<cA>que recorre la vía de señal de control del receptor Bob 344-1, y

[0220] - el estado cuántico |Ψ<A-2>〉 correspondiente al fotón de la señal cuántica intermedia que recorre la vía de señal cuántica del receptor Bob 244-2.

[0222] El dispositivo de transcodificación y de modulación de fase 340D puede comprender una unidad de recombinación de frecuencia 346 configurada para recombinar frecuencialmente, en el segundo brazo interferométrico 340-2, los componentes S<cA-2>y |Ψ<A-2>〉 que recorren las vías de señal 344-1 y 344-2.

[0224] La unidad de separación de frecuencia 344 y la unidad de recombinación de frecuencia 346 del receptor Bob pueden ser idénticas, respectivamente, a la unidad de separación de frecuencia 244 y a la unidad de recombinación de frecuencia 246 del emisor Alice. De este modo, pueden implementarse en forma de un demultiplexor y un multiplexor de frecuencia basados en una tecnología que depende del desplazamiento de frecuencia Δω entre la señal de control intermedia S<2>y la señal cuántica intermedia S<q>.

[0226] A diferencia del dispositivo de codificación 240D del emisor Alice, el dispositivo de transcodificación y de modulación de fase 340D del receptor Bob puede comprender una unidad de modulación de fase 3446 configurada para modular, según un parámetro φ<m>, la fase del componente S<cA-2>de la señal de control interferométrica S<cA>que se propaga por la vía de señal de control del receptor Bob 344-1.

[0228] El parámetro φ<m>de modulación de fase de la unidad de modulación de fase 3446 puede controlarse mediante una unidad de control 3448 que puede ser, por ejemplo, un generador de tensión configurado para emitir una señal de radiofrecuencia que permita generar una modulación de fase sinusoidal. Esta señal de radiofrecuencia puede tener una fase nula y depender de una frecuencia ω<m>. Tal modulación de fase, denominada φ<m>, puede definirse, en función de un parámetro Δφ correspondiente a la profundidad de modulación, según la siguiente ecuación (10):

[0231]

[0234] De manera similar al dispositivo de codificación 240D del emisor Alice, el dispositivo de transcodificación y de modulación de fase 340D del receptor Bob puede comprender una unidad de modulación de fase 3442 configurada para modular, según un parámetro β<eff>, la fase del fotón (de estado cuántico |Ψ<A-2>〉) de la señal cuántica intermedia que recorre la vía de señal cuántica 344-2 del receptor Bob. Por ejemplo, y de forma no limitativa, la unidad de modulación de fase 3442 puede ser similar a la unidad de modulación de fase 2442. La unidad de modulación de fase 3442 también puede denominarse unidad de transcodificación 3442 (que permite transcodificar la información codificada de la clave de cifrado cuántico).

[0235] Los componentes |Ψ<A-2>〉 de la señal cuántica interferométrica y S<cA-2>de la señal de control interferométrica que recorren el segundo brazo interferométrico 340-2 pueden sufrir fluctuaciones de fase. Sin embargo, estos dos componentes siguen caminos ópticos similares, de modo que, en la salida del interferómetro del módulo interferométrico de transcodificación 300, los componentes |Ψ<A-2>〉 y S<cA-2>tienen el mismo desplazamiento de fase φ<B.>

[0236] A la salida del interferómetro del módulo interferométrico de transcodificación 300, la señal de control interferométrica modulada en fase, denominada S<cB>, puede definirse en función de la señal de control interferométrica S<cA>y de los desplazamientos de fase φ<m>y φ<B>, según la siguiente ecuación (11):

[0238] En particular, la señal de control interferométrica S<cA>está constituida por tres impulsos luminosos clásicos, separados temporalmente por la cantidad Δt (es decir, impulsos de retardo interferométrico igual a 0, Δt y 2 × Δt), definida a partir de la diferencia de longitud ΔL de los interferómetros del emisor Alice y del receptor Bob.

[0239] En unas realizaciones, el módulo de procesamiento 400 está configurado para determinar la corrección diferencial de las fluctuaciones de fase entre los desplazamientos de fase φ<A>y φ<B>de los módulos interferométricos 200 y 300, a partir de mediciones de las fluctuaciones de intensidad predefinidas en la señal de control interferométrica S<cA>, a la salida del módulo interferométrico de transcodificación 300. Las fluctuaciones de intensidad corresponden, en particular, a las interferencias entre los fotones de la señal de control, que constituyen impulsos luminosos clásicos con un retardo interferométrico Δt, y que, por lo tanto, han tomado:

[0240] - por una parte, el primer brazo interferométrico 240-1 del emisor Alice y luego el segundo brazo interferométrico 340-2 del receptor Bob, y

[0241] - por otra parte, el segundo brazo interferométrico 240-2 del emisor Alice y luego el primer brazo interferométrico 340-1 del receptor Bob.

[0242] Según unas realizaciones de la invención, el parámetro β<eff>de modulación de fase de la unidad de transcodificación 3442 puede ser controlado directamente por el módulo de procesamiento 400 del receptor Bob, tal como se representa en la figura 4. En particular, el parámetro β<eff>puede entonces definirse a partir de un parámetro β de modulación de fase obtenido de forma similar al parámetro α, pero que comprende una corrección diferencial de las fluctuaciones de fase entre los desplazamientos de fase φ<A>y φ<B>de los módulos interferométricos 200 y 300, definida a partir de al menos una medición de la señal de control interferométrica S<cB>.

[0243] A modo de simplificación, en la salida del interferómetro del módulo interferométrico de transcodificación 300, la señal cuántica interferométrica transcodificada resultante, denominada |Ψ<B>〉, puede definirse en función de la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉, de la modulación de fase β<eff>y del desplazamiento de fase φ<B.>Por consiguiente, a la salida del interferómetro del módulo interferométrico de transcodificación 300, la señal interferométrica transcodificada S<3>comprende la señal de control interferométrica S<cB>y la señal cuántica interferométrica transcodificada |Ψ<B>〉, y puede definirse según la siguiente ecuación (12):

[0246]

[0248] Como se representa en la figura 4, en unas realizaciones que utilizan un interferómetro de Michelson, la señal interferométrica transcodificada S<3>puede propagarse, por un lado, hacia el emisor Alice y, por otro lado, hacia el módulo de procesamiento 400, según el camino óptico 340-3 (que corresponde al primer puerto de salida del interferómetro del módulo 300). En tales realizaciones, el módulo interferométrico de transcodificación 300 puede comprender, además, una unidad de desviación de señal 320 configurada para desviar (es decir, redirigir) la señal interferométrica transcodificada S<3>hacia el módulo de procesamiento 400 según el camino óptico 340-4 (que corresponde al segundo puerto de salida del interferómetro del módulo 300). Por ejemplo, la unidad de desviación de señal 320 puede ser un circulador óptico. La unidad de desviación de señal 320 permite impedir la transferencia de la señal interferométrica transcodificada S<3>hacia el canal de transmisión 50.

[0249] La figura 5 representa esquemáticamente el módulo de procesamiento 400 del receptor Bob, según unas realizaciones de la invención.

[0250] El módulo de procesamiento 400 comprende dos partes de procesamiento, cada una asociada a uno de los dos caminos ópticos 340-3 y 340-4 obtenidos a la salida del módulo interferométrico 300 del receptor Bob.

[0252] Cada parte de procesamiento 420 (respectivamente, 440) comprende una unidad de separación de frecuencia 422 (respectivamente, 442) configurada para separar (es decir, seleccionar frecuencialmente) la señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>de la señal cuántica interferométrica transcodificada resultante |Ψ<B>〉, de manera que recorran uno de los dos brazos de medición 422-1 o 422-2 (respectivamente, 442-1 o 442-2) asociados a la parte de procesamiento 420 (respectivamente, 440). Por ejemplo, y sin limitación, el brazo de medición 422-1 para la parte de procesamiento 420 y el brazo de medición 442-1 para la parte de procesamiento 440 pueden ser los brazos de medición cuántica, mientras que el brazo de medición 422-2 para la parte de procesamiento 420 y el brazo de medición 442-2 para la parte de procesamiento 440 pueden ser los brazos de medición de control. Por consiguiente, la señal cuántica interferométrica transcodificada |Ψ<B>〉 recorre el brazo de medición cuántica 422-1 (respectivamente, 442-1), y la señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>recorre el brazo de medición de control 422-2 (respectivamente, 442-2). Las unidades de separación de frecuencia 422 y 442 pueden ser demultiplexores de frecuencia basados en una tecnología que depende del desplazamiento de frecuencia Δω entre la señal de control intermedia S<2>y la señal cuántica intermedia S<q>.

[0254] Cada parte de procesamiento 420 (respectivamente, 440) comprende una unidad de detección de fotón único 4222 (respectivamente, 4422) colocada en el brazo de medición cuántica 422-1 (respectivamente, 442-1). Una unidad de detección de fotón único puede comprender una superficie de detección y estar configurada para detectar la "presencia" de fotones únicos en su superficie de detección (es decir, por interacción fotón/superficie). Esta detección de la presencia de fotones únicos se define según una eficacia cuántica de detección determinada. Por ejemplo, y sin limitación, la unidad de detección de fotón único 4222 (respectivamente, 4422) puede ser un fotodiodo de avalancha (APD, acrónimo de la expresión anglosajona correspondiente "Avalanche Photodiode Detector") o incluso un detector de fotón único de nanocable superconductor (SNSPD, acrónimo de la expresión anglosajona correspondiente "Superconducting Nanowire Single Photon Detector"). En particular, la unidad de detección de fotón único 4222 (respectivamente, 4422) puede comprender un mecanismo de amplificación interna configurado para suministrar una tensión cuando se detecta un fotón.

[0256] Cada unidad de detección de fotones 4222 y 4422 puede configurarse para efectuar una medición denominada "medición interferométrica" de la señal cuántica interferométrica transcodificada |Ψ<B>〉. En otras palabras, cada unidad de detección de fotones 4222 y 4422 puede medir el resultado de una interferencia entre fotones a partir de la proyección del estado cuántico asociado a la señal cuántica intermedia |Ψ<A>〉 sobre el estado cuántico asociado a la señal cuántica interferométrica transcodificada |Ψ<B>〉.

[0258] El experto en la técnica comprenderá que el módulo de procesamiento 400 está configurado para efectuar una selección temporal de la señal cuántica interferométrica transcodificada |Ψ<B>〉, proyectándose entonces la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉:

[0260] - al nivel del módulo de recepción 4222, en un estado cuántico denominado |Ψ<B+>〉, tal que:

[0263]

[0266] - al nivel del módulo de recepción 4422, en un estado cuántico denominado |Ψ<B->〉, tal que:

[0269]

[0272] Los estados cuánticos |Ψ<B+>〉 y |Ψ<B->〉 también se denominan "estados cuánticos transcodificados". Como se presenta en las ecuaciones (13) y (14), los estados cuánticos |Ψ<B+>〉 y |Ψ<B->〉 pueden representarse mediante una superposición de los estados |Ψ<A-1>〉 y |Ψ<A-2>〉, de manera que el estado |Ψ<A-1>〉 corresponde al fotón de la señal cuántica interferométrica codificada que ha tomado el primer brazo interferométrico 340-1, y el estado |Ψ<A-2>〉 corresponde al fotón de la señal cuántica interferométrica codificada que ha tomado el primer brazo interferométrico 340-2.

[0274] Una "probabilidad de detección", denominada P<+>(o P_), de la unidad de detección de fotón único 4222 (o 4422) puede definirse a partir de la siguiente ecuación (15):

[0277]

[0280] Según la ecuación (15), la señal cuántica interferométrica transcodificada, resultante del módulo interferométrico de transcodificación 300, se puede descomponer en una base de cuatro modos temporales definidos de tal manera que:

[0281] - el primer modo temporal (correspondiente a un estado |Ψ<A-1>Ψ<1-1>〉) corresponde al fotón que ha tomado el primer brazo interferométrico 240-1 del emisor Alice y luego el primer brazo interferométrico 340-1 del receptor Bob. En este caso, el retardo interferométrico del fotón es nulo (t = 0) y la probabilidad de detección de un fotón, que por convención posee una fase nula, no depende de las modulaciones de fase α y β<eff>;

[0282] - el segundo modo temporal (correspondiente a un estado |Ψ<A-2>Ψ<1-2>〉) corresponde al fotón que ha tomado el segundo brazo interferométrico 240-2 del emisor Alice (que comprende la modulación de fase α) y luego el segundo brazo interferométrico 340-2 del receptor Bob (que comprende la modulación de fase β<eff>). En este caso, el retardo interferométrico es de 2 × Δt. Aunque la fase del fotón es igual a α β<eff>, la probabilidad de detectar el fotón es entonces proporcional al módulo cuadrado del campo eléctrico y, por lo tanto, no se ve afectada por los dos parámetros de modulación de fase α y β<eff>;

[0283] - el tercer modo temporal (correspondiente a un estado |Ψ<A-1>Ψ<1-2>〉) corresponde al fotón que ha tomado el segundo brazo interferométrico 240-2 del emisor Alice (que comprende la modulación de fase α) y luego el primer brazo interferométrico 340-1 del receptor Bob. En este caso, el retardo interferométrico del fotón es de Δt, y el fotón adquiere una fase α y sufre fluctuaciones de fase que inducen un desplazamiento de fase φ<A>asociado, en particular, al brazo interferométrico 240-2 del módulo interferométrico de codificación 200; y - el cuarto modo temporal (correspondiente a un estado |Ψ<A-2>Ψ<1-1>〉) corresponde al fotón que ha tomado el primer brazo interferométrico 240-1 del emisor Alice y luego el segundo brazo interferométrico 340-2 del receptor Bob (que comprende la modulación de fase β<eff>). En este caso, el retardo interferométrico del fotón es Δt y el fotón adquiere una fase β<eff>y sufre fluctuaciones de fase que inducen un desplazamiento de fase φ<B>asociado al brazo interferométrico 340-2 del módulo interferométrico de transcodificación 300.

[0284] En particular, solo los fotones que tienen el mismo retardo interferométrico, es decir, t = Δt, pueden interferir entre sí. Por consiguiente, el resultado de esta interferencia corresponde a una probabilidad de detección de los fotones por la unidad 4222 (o 4422) recibidos con un retardo Δt (es decir, tercer y cuarto modo temporal). Las "probabilidades de detección" P<+>y P- pueden definirse según la siguiente ecuación (16):

[0287]

[0289] Cabe señalar que la asignación del signo o - a la probabilidad de detección P<+>o P<->se realiza (mediante ajuste) de forma arbitraria al nivel del separador de haz 340, y luego se fija según el recorrido del fotón por uno de los dos caminos ópticos 340-3 o 340-4, y luego 422-1 o 442-1.

[0290] El módulo de procesamiento 400 puede comprender, además, una unidad de almacenamiento 460 de los valores de probabilidad de detección P<±>.

[0291] El sistema de determinación de claves de cifrado cuántico 1 puede comprender, además, un dispositivo de visualización (no representado en las figuras) configurado para generar una visualización de las probabilidades almacenadas en una interfaz hombre-máquina.

[0292] Cada parte de procesamiento 420 (respectivamente, 440) puede comprender además una unidad de detección auxiliar 4226 (respectivamente, 4426) colocada en el otro brazo de medición, es decir, el brazo de medición de control 422-2 (respectivamente, 442-2). La unidad de detección auxiliar 4226 (respectivamente, 4426) puede configurarse para detectar señales de impulsos de luz convencionales (es decir, no cuánticas). Por ejemplo, y sin limitación, la unidad de detección auxiliar 4226 (respectivamente, 4426) puede ser un fotodiodo configurado para proporcionar una fotocorriente, en función de la medición de la señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>.

[0293] Cada unidad de detección auxiliar 4226 y 4426 puede configurarse para efectuar una medición denominada "medición interferométrica" de la señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>. En otras palabras, cada unidad de detección auxiliar 4226 y 4426 puede medir el resultado de una interferencia entre los diferentes brazos interferométricos posibles de la señal de control a través de los módulos interferométricos 200 y 300.

[0294] Cada brazo de medición 422-1 y 422-2, 442-1 y 442-2 del módulo de procesamiento 400 puede comprender, además, una unidad de filtrado electrónico (denominada, respectivamente, 4224, 4228, 4424 y 4428) y colocada después de la unidad de detección de fotón único o después de la unidad de detección auxiliar. Estas unidades de filtrado pueden adaptarse para generar señales de onda cuadrada y configurarse para extraer los componentes temporales centrales equivalentes al retardo interferométrico Δt de las probabilidades de detección (es decir, tensiones medidas) o de las fotocorrientes medidas por las unidades de detección 4222, 4226, 4422 y 4426.

[0295] En determinados realizaciones, la unidad de detección auxiliar 4226 (respectivamente, 4426) y la unidad de detección de fotones únicos 4222 (respectivamente, 4422) de la parte de procesamiento 420 (respectivamente, 440) pueden incluir, cada una, un filtro de frecuencia (no representado en las figuras) asociado, respectivamente, a las frecuencias ω<c>y ω<q>para optimizar la detección de las señales equivalentes (es decir, señal de control y señal cuántica).

[0296] Como indica la ecuación (18) que define las probabilidades de detección P<±>, la calidad del contraste de las interferencias a nivel de los fotones únicos puede verse afectada por las fluctuaciones de fase que inducen los desplazamientos de fase φ<A>y φ<B>vinculados a los módulos interferométricos 200 y 300, que distorsionan la señal cuántica que se va a medir. Estos parámetros conducen, en efecto, a probabilidades de detección menos marcadas entre las dos unidades de detección de fotón único 4222 y 4422, que pueden corregirse mediante la modulación de fase β<eff>para deducir de ellas probabilidades de detección según la siguiente ecuación (17):

[0299]

[0301] El sistema de determinación de claves de cifrado cuántico 1 según los modos de la invención puede, por lo tanto, configurarse para corregir las fluctuaciones de fase parásitas que inducen los desplazamientos de fase φ<A>y φ<B>aplicando una modulación de fase β<eff>determinada por retroalimentación sobre la señal cuántica, a partir de las mediciones de la señal de control. En una realización, el módulo de procesamiento 400 puede comprender, además, una unidad de corrección 480 configurada para determinar una corrección diferencial de las fluctuaciones de fase entre los desplazamientos de fase φ<A>y φ<B>de los módulos interferométricos 200 y 300, sin comprometer la seguridad de la clave secreta establecida.

[0302] Las unidades de detección auxiliares de las partes de procesamiento 420 y 440 están configuradas, ventajosamente, para medir el resultado de una interferencia entre los diferentes brazos interferométricos posibles de la señal de control a través de los módulos interferométricos 200 y 300, comprendiendo la señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>tres impulsos luminosos de diferentes intensidades, separados temporalmente por la cantidad Δt. Solo el componente temporal central Δt es filtrado por las unidades de filtrado 4228 y 4428, que suministran a la unidad de corrección 480 dos fotocorrientes (denominadas, por ejemplo, I<420>e I<440>) procedentes de cada una de las mediciones interferométricas de la señal de control procedente de los dos caminos ópticos 340-3 y 340-4 a la salida del módulo interferométrico 300 del receptor Bob.

[0303] La figura 6 representa esquemáticamente la unidad de corrección 480 del módulo de procesamiento 400, según unas realizaciones de la invención.

[0304] La unidad de corrección 480 puede ser un módulo electrónico.

[0305] En unas realizaciones, la unidad de corrección 480 puede comprender un medio de resta 482 configurado para efectuar una resta δ = |I<420>- I<440>| entre las dos fotocorrientes I<420>e I<440>, lo que proporciona una señal electrónica δ proporcional al término cos(φA - φ<B>- φ<m>).

[0306] La unidad de corrección 480 puede comprender, además, un medio de multiplicación 484 configurado para realizar el producto δ<m>= δ<*>φ<m>entre la señal electrónica δ y la señal de modulación sinusoidal φ<m>, que depende de la unidad de control 3448 del módulo interferométrico 300 del receptor Bob. La unidad de corrección 480 puede comprender un filtro de paso bajo 486 con una frecuencia de corte inferior a ω<m>configurado para determinar una señal electrónica ε, denominada señal de error discreta, a partir del producto δ<m>. La señal de error discreta ε es entonces independiente de la modulación de fase φ<m>y puede definirse mediante la siguiente ecuación (18):

[0308]

[0310] En la ecuación (20) de la señal de error discreta ε, el componente J<1>corresponde a la función de Bessel de orden 1. Por lo tanto, la señal de error discreta ε puede corresponder a la "corrección diferencial ε de las fluctuaciones de fase entre los desplazamientos de fase φ<A>y φ<B>".

[0311] La unidad de corrección 480 puede comprender finalmente un sumador 488 configurado para sumar la señal de error discreta ε y una modulación de fase β definida a partir de una unidad de control 4882, lo que proporciona la modulación β<eff>, que permite anular (de forma analógica o digital) los desplazamientos de fase φ<A>y φ<B.>

[0312] Ventajosamente, el parámetro β se puede obtener de manera similar al parámetro α definido a partir de una unidad de control 2444. Por ejemplo, el parámetro β se puede elegir, por ejemplo, de un conjunto de dos bases ortogonales como [0, π] y [π/2, 3π/2] dependientes de un generador de números aleatorios cuánticos.

[0313] Las coincidencias medidas en los detectores de fotones únicos, las probabilidades P<±>definidas por la ecuación (17), vienen determinadas, por lo tanto, únicamente por α y β. Ventajosamente, según las realizaciones de la invención, la unidad de corrección 480 utiliza una retroalimentación de la modulación β<eff>utilizando elementos electrónicos que permiten efectuar una compensación (o retroalimentación) electrónica más rápida y continua, a diferencia del estado de la técnica.

[0315] La figura 7 es un organigrama que representa el método de determinación de claves de cifrado cuántico realizado por el emisor Alice (es decir, el método de emisión de una señal interferométrica codificada S<2>), según unas realizaciones de la invención.

[0317] En la etapa 700, el módulo 100 del emisor Alice genera una señal intermedia S<1>. La señal intermedia S<1>comprende una señal cuántica intermedia S<q>(denominada |Ψ<1>〉) y una señal de control intermedia S<c>modulada en frecuencia, según un desplazamiento de frecuencia Δω con respecto a la señal cuántica |Ψ<1>〉.

[0319] En la etapa 702, la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 y la señal de control intermedia S<c>pasan por un interferómetro (que tiene dos brazos interferométricos) del módulo interferométrico de codificación 200 del emisor Alice. En consecuencia, la señal |Ψ<1>〉 y la señal S<c>se separan, cada una, en dos componentes interferométricos que luego atraviesan uno de los dos brazos interferométricos del módulo interferométrico de codificación 200.

[0321] En la etapa 704, la modulación de fase α es aplicada por el módulo interferométrico de codificación 200 del emisor Alice a uno de los dos componentes interferométricos de la señal cuántica |Ψ<1>〉 en el interferómetro.

[0323] En la etapa 706, se genera una señal interferométrica codificada S<2>en la salida del interferómetro mediante el módulo interferométrico de codificación 200 del emisor Alice. La señal interferométrica codificada S<2>comprende la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉, modulada en fase, y la señal de control interferométrica S<cA>(modulada en frecuencia).

[0325] En la etapa 708, la señal interferométrica codificada S<2>es entonces transmitida por el emisor Alice al receptor Bob.

[0326] La figura 8 es un organigrama que representa el método de determinación de claves de cifrado cuántico realizado por el receptor Bob (es decir, método de recepción de una señal interferométrica codificada S<2>), según unas realizaciones de la invención.

[0328] En la etapa 800, la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y la señal de control interferométrica S<cA>pasan por un interferómetro (que tiene dos brazos interferométricos) del módulo interferométrico de transcodificación 300 del receptor Bob. La señal |Ψ<A>〉 y la señal S<cA>se separan entonces, cada una, en dos componentes interferométricos que, a continuación, atraviesan uno de los dos brazos interferométricos del módulo interferométrico de transcodificación 300.

[0330] En la etapa 802, la modulación de fase φ<m>es aplicada por el módulo interferométrico de transcodificación 300 del receptor Bob a uno de los dos componentes de la señal de control interferométrica S<cA>, lo que proporciona la señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>a la salida del módulo interferométrico 300.

[0332] En la etapa 804, el módulo de procesamiento 400 del receptor Bob efectúa al menos una medición interferométrica de la señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>.

[0334] En la etapa 806, se efectúa una operación de determinación de la señal de error discreta ε de corrección diferencial de las fluctuaciones de fase entre los desplazamientos de fase φ<A>y φ<B>de los módulos interferométricos 200 y 300, a partir de la modulación de fase φ<m>y de la medición interferométrica de la señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>.

[0336] En la etapa 808, se efectúa una operación de determinación de la modulación de fase β<eff>(teniendo en cuenta la corrección diferencial de las fluctuaciones de fase entre los desplazamientos de fase φ<A>y φ<B>) a partir de la señal de error discreta ε y de una modulación de fase β.

[0338] En la etapa 810, la modulación de fase β<eff>es aplicada por el módulo interferométrico de transcodificación 300 del receptor Bob a uno de los dos componentes de la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉, lo que proporciona la señal cuántica interferométrica transcodificada |Ψ<B>〉 (es decir, lo que proporciona la proyección de la señal |Ψ<A>〉 sobre los estados cuánticos transcodificados |Ψ<B+>〉 y |Ψ<B->〉), a la salida del módulo interferométrico 300.

[0340] En la etapa 812, el módulo de procesamiento 400 del receptor Bob efectúa al menos una medición interferométrica de la señal cuántica interferométrica transcodificada |Ψ<B>〉 (es decir, la medición interferométrica de la proyección de la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 sobre los estados |Ψ<B+>〉 y |Ψ<B->〉) a la salida del módulo interferométrico 300, para deducir la clave cuántica.

[0341] El método de determinación de claves de cifrado cuántico puede comprender, además, en la etapa 700, una subetapa 701 en la que se implementa un retardo temporal de la señal cuántica intermedia S<q>con respecto a la señal de control intermedia S<c>para generar la señal intermedia S<1>.

[0342] Las realizaciones de la invención permiten, por lo tanto, la medición y la compensación en tiempo real de los desplazamientos de fase φ<A>y φ<B>inducidos por los módulos interferométricos 200 y 300 y, por consiguiente, permiten un aumento de la relación señal/ruido del componente cuántico generado y codificado. El resultado es una capacidad máxima en términos de velocidad de modulación. Además, el sistema de determinación de claves de cifrado cuántico 1 tiene la ventaja de ser robusto ante las fluctuaciones de intensidad de los impulsos láser emitidos, en particular, con respecto a la señal de control.

[0343] Un experto en la técnica comprenderá que el sistema de determinación de claves de cifrado cuántico 1 o los subsistemas del sistema de determinación de claves de cifrado cuántico 1, según las realizaciones de la invención, se pueden implementar de diversas maneras mediante hardware, software o una combinación de hardware y software, concretamente, en forma de código de programa que puede distribuirse en forma de producto de programa, en diversas formas. El código de programa se puede distribuir con la ayuda de medios legibles por ordenador, que pueden incluir medios de almacenamiento legibles por ordenador y medios de comunicación. Los métodos descritos en la presente descripción pueden implementarse, en concreto, en forma de instrucciones de programa informático ejecutable por uno o varios procesadores en un dispositivo informático de ordenador. Estas instrucciones de programa informático también pueden almacenarse en un medio legible por ordenador.

[0344] La invención no se limita a las realizaciones descritas anteriormente a modo de ejemplo no limitativo. Engloba todas las variaciones de realización que un experto en la técnica podría considerar. En particular, un experto en la técnica entenderá que la invención no se limita a los diferentes módulos del emisor Alice y del receptor Bob descritos a modo de ejemplos no limitativos. Por lo tanto, el alcance de la protección conferida por la presente invención está definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (10)

1. REIVINDICACIONES

1. Emisor configurado para transmitir una señal interferométrica codificada S<2>a través de un canal de transmisión (50), en donde dicho emisor comprende:

- un módulo de generación de señal (100) configurado para generar una señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 y una señal de control intermedia S<c>, estando dicho módulo de generación de señal (100) configurado, además, para efectuar un desplazamiento de frecuencia Δω entre la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 y la señal de control intermedia S<c>,

- un módulo interferométrico de codificación (200) configurado para recibir dicha señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 y dicha señal de control intermedia S<c>, y para determinar una señal interferométrica codificada S<2>que comprende una señal cuántica interferométrica codificada Ψ<A>〉 y una señal de control interferométrica S<cA>a partir de dicha señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 y de dicha señal de control intermedia S<c>que recorren un camino óptico sustancialmente similar, comprendiendo dicho módulo interferométrico de codificación (200) un dispositivo de codificación (240D) configurado para aplicar una modulación de fase α únicamente a un componente de la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉.

2. Emisor, según la reivindicación anterior, en donde el módulo interferométrico de codificación (200) está implementado en forma de un interferómetro óptico asimétrico que comprende un primer brazo interferométrico (240-1) y un segundo brazo interferométrico (240-2), siendo el primer brazo interferométrico (240-1) más corto que el segundo brazo interferométrico (240-2), y en donde dicho dispositivo de codificación (240D) comprende al menos una unidad de separación de frecuencia (244) colocada en dicho segundo brazo interferométrico (240-2), estando dicha unidad de separación de frecuencia (244) configurada para efectuar un desacoplamiento de frecuencia de la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 y de la señal de control intermedia S<c.>

3. Emisor, según una de las reivindicaciones 1 o 2, en donde el módulo de generación de señal (100) comprende, además, una unidad de desplazamiento temporal configurada para desplazar temporalmente la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 y la señal de control intermedia S<c.>

4. Receptor configurado para recibir una señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y una señal de control interferométrica S<cA>a través de un canal de transmisión (50), en donde dicho receptor comprende:

- un módulo interferométrico de transcodificación (300) configurado para generar una señal cuántica interferométrica transcodificada |Ψ<B>〉 y una señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>a partir de dicha señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y de dicha señal de control interferométrica S<cA>que recorre un camino óptico sustancialmente similar, comprendiendo dicho módulo interferométrico de transcodificación (300) un dispositivo de transcodificación y de modulación de fase (340D) configurado para aplicar una modulación de fase β<eff>únicamente a un componente de la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y una modulación de fase φ<m>únicamente a un componente de la señal de control interferométrica S<cA>,

- un módulo de procesamiento (400) configurado para realizar al menos una medición de la señal cuántica interferométrica transcodificada |Ψ<B>〉 y al menos una medición de la señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>, estando dicho módulo de procesamiento (400) configurado, además, para determinar la modulación de fase β<eff>a partir de la modulación de fase φ<m>y de dicha al menos una medición de la señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>.

5. Receptor, según la reivindicación 4, en donde el módulo interferométrico de transcodificación (300) está implementado en forma de un interferómetro óptico asimétrico que comprende un primer brazo interferométrico (340-1) y un segundo brazo interferométrico (340-2), siendo el primer brazo interferométrico (340-1) más corto que el segundo brazo interferométrico (340-2), y en donde dicho dispositivo de transcodificación y de modulación de fase (340D) comprende al menos una unidad de separación de frecuencia (344) colocada en dicho segundo brazo interferométrico (340-2), estando dicha unidad de separación de frecuencia (344) configurada para efectuar un desacoplamiento de frecuencia de la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y de la señal de control interferométrica S<cA>.

6. Receptor, según una de las reivindicaciones 4 o 5, en donde el módulo interferométrico de transcodificación (300) comprende dos caminos ópticos (340-3, 340-4) a la salida de dicho interferómetro, y en donde el módulo de procesamiento (400) comprende dos partes de procesamiento (420, 440), comprendiendo cada parte de procesamiento una unidad de separación de frecuencia (422, 442) y estando configurada para realizar una medición de entre dicha al menos una medición de la señal cuántica interferométrica transcodificada |Ψ<B>〉 y una medición de entre dicha al menos una medición de la señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>, procedentes de los dos caminos ópticos (340-3 y 340-4).

7. Sistema de determinación de clave de cifrado cuántico (1) que comprende un emisor definido según una de las

reivindicaciones 1 a 3 y un receptor definido según una de las reivindicaciones 4 a 6.

8. Método de emisión de una señal interferométrica codificada S<2>, implementado por el emisor según las reivindicaciones 1 a 3, comprendiendo el método las etapas que consisten en:

- generar (700) una señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 de frecuencia ω<q>y una señal de control intermedia S<c>de frecuencia ω<c>con un desplazamiento de frecuencia igual a ω<q>- ω<c>

- aplicar (704) una modulación de fase α únicamente a un componente de la señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 que pasa a través de un interferómetro, siguiendo dicha señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 y dicha señal de control intermedia S<c>un camino óptico sustancialmente similar para generar una señal interferométrica codificada S<2>que comprende una señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y una señal de control interferométrica S<cA>,

- generar (706) una señal interferométrica codificada S<2>que comprende dicha señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y dicha señal de control interferométrica S<cA>.

9. Método de emisión de una señal interferométrica codificada S<2>, según la reivindicación 8, en donde el método comprende, además, una etapa que consiste en aplicar (701) un retardo temporal entre dicha señal cuántica intermedia |Ψ<1>〉 y dicha señal de control intermedia S<c.>

10. Método de recepción de una señal cuántica interferométrica codificada Ψ<A>〉 y de una señal de control interferométrica S<cA>, implementado por el receptor según las reivindicaciones 4 a 6, comprendiendo el método las etapas que consisten en:

- aplicar (802) una modulación de fase φ<m>al componente de la señal de control interferométrica S<cA>y generar una señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>,

- realizar (804) al menos una medición de la señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>, - determinar (808) una modulación de fase β<eff>a partir de dicha modulación de fase φ<m>y de la medición de la señal de control interferométrica modulada en fase S<cB>,

- aplicar (810) la modulación de fase β<eff>al componente de la señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y generar una señal cuántica interferométrica transcodificada |Ψ<B>〉, recorriendo dicha señal cuántica interferométrica codificada |Ψ<A>〉 y dicha señal de control interferométrica S<cA>un camino óptico sustancialmente similar,

- efectuar (812) al menos una medición de la señal cuántica interferométrica transcodificada |Ψ<B>〉.