RU2750810C1 - Устройство квантовой коммуникации на боковых частотах с регистрацией излучения на центральной частоте - Google Patents
Устройство квантовой коммуникации на боковых частотах с регистрацией излучения на центральной частоте Download PDFInfo
- Publication number
- RU2750810C1 RU2750810C1 RU2020102328A RU2020102328A RU2750810C1 RU 2750810 C1 RU2750810 C1 RU 2750810C1 RU 2020102328 A RU2020102328 A RU 2020102328A RU 2020102328 A RU2020102328 A RU 2020102328A RU 2750810 C1 RU2750810 C1 RU 2750810C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- optical
- modulated
- synchronization
- circulator
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04K—SECRET COMMUNICATION; JAMMING OF COMMUNICATION
- H04K1/00—Secret communication
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
- H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Computer Security & Cryptography (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технике оптической связи и может использоваться в системах фотонной квантовой связи. Технический результат заключается в увеличении максимальной дальности передачи квантовой информации. Для этого в состав передающего устройства введен оптический изолятор, включенный между источником монохроматического излучения и оптическим фазовым модулятором, а в состав приемного устройства введен циркулятор и блок регистрации центральной компоненты в спектре фазомодулированного состояния. 1 ил.
Description
Изобретение относится к технике оптической связи, а именно к системам фотонной квантовой связи.
Известно устройство квантовой рассылки симметричных битовых последовательностей [Патент США 627 22 24 В1, дата приоритета 07.04.2001, МКИ: H04L 9/08; H04K 1/00], содержащее соединенные посредством волоконно-оптической линии связи передающее устройство, включающее расположенные последовательно по ходу распространения излучения источник монохроматического излучения, электрооптический фазовый модулятор и аттенюатор, а также устройство сдвига фазы, выход которого соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора, а вход устройства сдвига фазы соединен с выходом генератора радиочастотного сигнала, и приемное устройство, включающее электрооптический фазовый модулятор, выход которого оптически сопряжен со спектральным фильтром, который оптически сопряжен с приемником классического излучения и детектором одиночных фотонов, управляющий вход электрооптического фазового модулятора соединен с выходом устройства сдвига фазы, к входу которого подключен выход генератора радиочастотного сигнала, волоконно-оптическая линия связи оптически сопряжена с аттенюатором передающего устройства и с входом электрооптического фазового модулятора приемного устройства, устройство содержит блок синхронизации, первый и второй выходы которого соединены с входами генератора радиочастотного сигнала приемного и передающего устройств соответственно, а также блок управления фазовым сдвигом, первый и второй выходы которого соединены с синхронизационными входами устройства сдвига фазы приемного и передающего устройств соответственно.
В работе [Gaidash A., Kozubov A., Miroshnichenko G. Countermeasures for advanced unambiguous state discrimination attack on quantum key distribution protocol based on weak coherent states //Physica Scripta. – 2019. – Т. 94. – № 12. – С. 125102] продемонстрировано, что попытка измерения с целью установить корреляции с распределяемыми битовыми последовательностями с однозначным различением фазомодулированных состояний может быть проведена на устройство квантовой рассылки симметричных битовых последовательностей [Патент США 627 22 24 В1, дата приоритета 07.04.2001, МКИ: H04L 9/08; H04K 1/00]. Данная попытка может быть обнаружена в случае, когда ожидаемая вероятность детектирования фазомодулированных состояний больше, чем оптимальная вероятность однозначного различения фазомодулированных состояний; преобразовав данное неравенство, можно определить максимально допустимое ослабление сигнала в квантовом канале (в дБ) следующим образом:
где – вероятность однозначного различения фазомодулированных состояний, – среднее число фотонов на боковых частотах фазомодулированного излучения за время одной посылки, – суммарный коэффициент пропускания в блоке приемника, – квантовая эффективность детектора одиночных фотонов. С учетом этих обстоятельств представленное устройство обладает следующими недостатками: высокая степень корреляции квантовой информации с окружающей средой и ограничение на максимально допустимое ослабление сигнала в квантовом канале.
Изобретение решает задачу увеличения абсолютного значения максимально допустимого ослабления сигнала в квантовом канале в дБ и, следовательно, дальности передачи квантовой информации и уменьшения степени корреляции квантовой информации с окружающей средой посредством детектирования отраженной от спектрального фильтра центральной частотной компоненты в спектре фазомодулированного состояния в системе квантовой коммуникации на боковых частотах фазомодулированного излучения.
Поставленная задача решается за счет новой технической реализации блока приемника устройства фотонной квантовой связи. В состав приемного блока между фазовым модулятором и спектральным фильтром введены: оптический циркулятор и прибор регистрации отраженной от спектрального фильтра центральной частотной компоненты в спектре фазомодулированного состояния. Сущность заявляемого изобретения поясняется следующим. Неравенство, представленное в работе [Gaidash A., Kozubov A., Miroshnichenko G. Countermeasures for advanced unambiguous state discrimination attack on quantum key distribution protocol based on weak coherent states //Physica Scripta. – 2019. – Т. 94. – №. 12. – С. 125102], справедливо и в случае регистрации отраженной от спектрального фильтра центральной частотной компоненты в спектре фазомодулированного состояния. Преобразуя его по аналогии с выражением (1), получаем следующее выражение, определяющее максимально допустимое ослабление сигнала в квантовом канале (в дБ):
где - среднее число фотонов на центральной частоте фазомодулированного излучения за время одной посылки, - суммарный коэффициент пропускания в блоке приемника с учетом дополнительного прохода по плечу циркулятора, - квантовая эффективность детектора одиночных фотонов для регистрации центральной частотной компоненты в спектре фазомодулированного состояния. Вместо детектора одиночных фотонов для регистрации отраженной от спектрального фильтра центральной частотной компоненты в спектре фазомодулированного состояния может быть использован прибор для регистрации классического излучения, тогда знаменатель и, следовательно, выражение (2) может быть преобразовано следующим образом:
В обоих случаях , т.к. , ввиду малого индекса модуляции. Следовательно, заявляемый прибор обеспечивает передачу квантовой информации в квантовых каналах с бóльшим по модулю значением ослаблением сигнала в квантовом канале и, соответственно, с большей длиной (при одинаковом удельном ослаблением сигнала, выражающемся чаще всего в дБ/км) квантового канала.
Устройство фотонной квантовой связи представлено на чертеже 1, 1 – лазер, 2 – волоконный оптический изолятор, 3, 4 – волоконный фазовый модулятор излучения, 5 – радиоэлектронный блок управления и синхронизации отправителя, 6 – радиоэлектронный блок управления и синхронизации получателя, 7 – волоконный оптический аттенюатор, квантовый канал – канал для передачи одиночных фотонов, 8 – квантовый канал для передачи фазомодулированных состояний, 9 – открытый канал связи для классической коммуникации между радиоэлектронными блоками управления отправителя и получателя, 10 – волоконный оптический циркулятор, 11 – волоконный спектральный фильтр, 12 – детектор одиночных фотонов, 13 – прибор регистрации отраженной от спектрального фильтра центральной частотной компоненты в спектре фазомодулированного состояния, 14 – канал синхронизации радиоэлектронных блоков управления отправителя и получателя.
Устройство отличается тем, что в блок получателя между фазовым модулятором и спектральным фильтром введены: оптический циркулятор и прибор регистрации отраженной от спектрального фильтра центральной частотной компоненты в спектре фазомодулированного состояния; фазовый модулятор и спектральный фильтр оптически сопряжены с первым и вторым портами циркулятора соответственно, прибор регистрации отраженной от спектрального фильтра центральной частотной компоненты в спектре фазомодулированного состояния оптически сопряжен с третьим портом циркулятора.
Принцип работы устройства: монохроматическое излучение с несущей частотой, генерируемое источником монохроматического излучения, пройдя через волоконный оптический изолятор поступает в электрооптический модулятор, где создается световое поле на боковых частотах с произвольно заданной фазовой отстройкой относительно фазы несущей частоты. Фазовая отстройка задаётся в радиоэлектронном блоке управления и синхронизации из набора четырех базисных состояний (0°, 90°, 180°, 270°) в двух ортогональных базисах, объединяя фазы с разностью в 180° (0° и 180°, 90° и 270° соответственно). Величина фазовой отстройки интерпретируется как информация, передаваемая от передатчика к приемнику. Далее излучение попадает в аттенюатор, где ослабляется до уровня, когда среднее число фотонов на боковых частотах (за исключением центральной частоты) за время одной посылки меньше единицы. Пройдя через квантовый канал, излучение поступает в блок получателя и попадает на второй модулятор. После повторной модуляции происходит аналог интерференции на боковых частотах фазомодулированного излучения в зависимости от разности фаз модулирующих сигналов, приложенных к модуляторам отправителя и получателя. После излучение попадает на первый порт циркулятора и выходит из второго порта циркулятора далее в узкополосный спектральный фильтр, где излучения на боковых частотах проходит далее к детектору одиночных фотонов, а излучение на центральной частоте – отражается, поступает обратно на второй порт циркулятора и выход из третьего порта циркулятора далее к прибору регистрации излучения. Далее, в соответствии с протоколом, на основе собранных данных радиоэлектронные блоки отправителя и получателя, используя открытый канал, производят процедуру формирования симметричных битовых последовательностей, которая включает этап просеивания по базисам, при котором отбрасываются срабатывания детектора, произошедшие при фазовой модуляции в разных базисах, формирование сырой битовой последовательности на основании номеров базисов во временных интервалах, когда произошла конструктивная интерференция, расчет коэффициента ошибок и процедуру очистки от ошибок, а также постобработки. Также радиоэлектронные блоки управления и синхронизации обеспечивают синхронную работу блоков отправителя и получателя через оптический канал синхронизации.
Claims (1)
- Устройство для передачи фазомодулированных состояний с регистрацией центральной частотной компоненты в спектре фазомодулированного состояния, содержащее в составе передающего устройства источник монохроматического излучения, фазовый модулятор, оптически сопряженный с оптическим аттенюатором и подключенный к радиоэлектронному блоку управления и синхронизации передающего устройства, а в составе приемного устройства радиоэлектронный блок управления и синхронизации приемного устройства, соединенный с фазовым модулятором, оптический вход которого по волоконно-оптическому каналу соединен с оптическим аттенюатором передающего устройства, спектральный фильтр, соединенный с детектором одиночных фотонов, отличающееся тем, что в состав передающего устройства введен оптический изолятор, включенный между источником монохроматического излучения и оптическим фазовым модулятором, а в состав приемного устройства введен циркулятор и блок регистрации центральной компоненты в спектре фазомодулированного состояния, при этом выход фазового модулятора оптически сопряжен с первым портом циркулятора, второй порт циркулятора – со спектральным фильтром, третий порт – с прибором регистрации центральной частотной компоненты в спектре фазомодулированного состояния, при этом радиоэлектронный блок управления и синхронизации передающего устройства и радиоэлектронный блок управления и синхронизации приемного устройства соединены между собой посредством канала синхронизации и открытого канала связи.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020102328A RU2750810C1 (ru) | 2020-01-22 | 2020-01-22 | Устройство квантовой коммуникации на боковых частотах с регистрацией излучения на центральной частоте |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020102328A RU2750810C1 (ru) | 2020-01-22 | 2020-01-22 | Устройство квантовой коммуникации на боковых частотах с регистрацией излучения на центральной частоте |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2750810C1 true RU2750810C1 (ru) | 2021-07-05 |
Family
ID=76755835
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020102328A RU2750810C1 (ru) | 2020-01-22 | 2020-01-22 | Устройство квантовой коммуникации на боковых частотах с регистрацией излучения на центральной частоте |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2750810C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2789538C1 (ru) * | 2022-06-29 | 2023-02-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр Т8" | Способ квантового распределения ключа |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2119258C1 (ru) * | 1996-10-01 | 1998-09-20 | Центральный Научно-Исследовательский Институт Связи | Одноволоконная оптическая линия дуплексной связи |
US6272224B1 (en) * | 1997-05-06 | 2001-08-07 | France Telecom | Method and apparatus for quantum distribution of an encryption key |
US6357694B1 (en) * | 1999-07-30 | 2002-03-19 | Aerospatiale Matra Missiles | Laser-scan process and device for guiding a missile to a target |
RU2360367C1 (ru) * | 2007-12-27 | 2009-06-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Концерн "Системпром" | Поляризационная квантовая криптосистема |
RU2497062C2 (ru) * | 2011-12-08 | 2013-10-27 | Виктор Прович Семенков | Комбинированный оптико-электронный прибор |
WO2017117584A1 (en) * | 2015-12-31 | 2017-07-06 | Viasat, Inc. | Broadband satellite communication system using optical feeder links |
-
2020
- 2020-01-22 RU RU2020102328A patent/RU2750810C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2119258C1 (ru) * | 1996-10-01 | 1998-09-20 | Центральный Научно-Исследовательский Институт Связи | Одноволоконная оптическая линия дуплексной связи |
US6272224B1 (en) * | 1997-05-06 | 2001-08-07 | France Telecom | Method and apparatus for quantum distribution of an encryption key |
US6357694B1 (en) * | 1999-07-30 | 2002-03-19 | Aerospatiale Matra Missiles | Laser-scan process and device for guiding a missile to a target |
RU2360367C1 (ru) * | 2007-12-27 | 2009-06-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Концерн "Системпром" | Поляризационная квантовая криптосистема |
RU2497062C2 (ru) * | 2011-12-08 | 2013-10-27 | Виктор Прович Семенков | Комбинированный оптико-электронный прибор |
WO2017117584A1 (en) * | 2015-12-31 | 2017-07-06 | Viasat, Inc. | Broadband satellite communication system using optical feeder links |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2789538C1 (ru) * | 2022-06-29 | 2023-02-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр Т8" | Способ квантового распределения ключа |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1271808B1 (en) | Optical transmitter and optical transmission system | |
US6687009B2 (en) | Method and apparatus for high resolution monitoring of optical signals | |
RU2454810C1 (ru) | Устройство квантовой рассылки криптографического ключа на поднесущей частоте модулированного излучения | |
EP1696588B1 (en) | Method and apparatus for demodulation of optical differential phase shift keyed signals | |
US8032036B2 (en) | DQPSK/DPSK optical receiver with tunable optical fibers | |
US7433600B2 (en) | Optical node device and system including the device | |
US6807321B2 (en) | Apparatus and method for measurement and adaptive control of polarization mode dispersion in optical fiber transmission systems | |
JPH0385834A (ja) | 光周波数多重送信装置、及び、光周波数多重伝送装置 | |
EP0545982A1 (en) | OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM. | |
US20180006722A1 (en) | In-band optical-link monitoring for a wdm network | |
CN109387833A (zh) | 基于微波光子正交差频复用的mimo雷达探测方法及装置 | |
US8280246B2 (en) | Measuring differential group delay in an optical fiber connection | |
CN101345583B (zh) | 光信号质量监视装置 | |
JP2000059300A (ja) | 光送受信装置 | |
RU2750810C1 (ru) | Устройство квантовой коммуникации на боковых частотах с регистрацией излучения на центральной частоте | |
RU2744509C1 (ru) | Устройство квантовой коммуникации на боковых частотах с увеличенным дискретным набором фаз модулирующих сигналов | |
Dods et al. | Asynchronous sampling for optical performance monitoring | |
WO2008045103A2 (en) | Method and apparatus for optically filtering a communication signal | |
RU2747164C1 (ru) | Устройство квантовой рассылки ключа на боковых частотах, устойчивое к поляризационным искажениям сигнала в волоконно-оптических линиях связи | |
JP3752540B2 (ja) | 光パルス分離方法及び光パルス分離装置 | |
JP3782402B2 (ja) | 光送信装置および光通信システム | |
RU2812341C2 (ru) | Способ детектирования фаз малофотонных когерентных световых полей на боковых частотах в системе квантового распределения ключа | |
EA045447B1 (ru) | Устройство квантовой рассылки ключа на боковых частотах, устойчивое к поляризационным искажениям сигнала в волоконно-оптических линиях связи | |
RU2758708C1 (ru) | Устройство квантовой рассылки симметричной битовой последовательности на поднесущей частоте модулированного излучения с двойным гомодинным методом приема | |
RU2800234C1 (ru) | Устройство мультиплексирования/демультиплексирования классических и квантовых сигналов |