RU2784023C1 - Quantum distribution device for a cryptographic key with frequency coding - Google Patents

Quantum distribution device for a cryptographic key with frequency coding Download PDF

Info

Publication number
RU2784023C1
RU2784023C1 RU2022111207A RU2022111207A RU2784023C1 RU 2784023 C1 RU2784023 C1 RU 2784023C1 RU 2022111207 A RU2022111207 A RU 2022111207A RU 2022111207 A RU2022111207 A RU 2022111207A RU 2784023 C1 RU2784023 C1 RU 2784023C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
transmitter
input
receiver
electro
Prior art date
Application number
RU2022111207A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Геннадьевич Морозов
Ильдарис Мударисович Габдулхаков
Ильнур Ильдарович Нуреев
Артем Анатольевич Кузнецов
Геннадий Александрович Морозов
Айрат Жавдатович Сахабутдинов
Владимир Дмитриевич Андреев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ"
Application granted granted Critical
Publication of RU2784023C1 publication Critical patent/RU2784023C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: cryptographic key quantum distribution systems.
SUBSTANCE: invention relates to systems for quantum distribution of a cryptographic key. The device for quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding contains a transmitting device and a receiving device connected to each other by a fiber-optic communication line. The transmitter includes a source of monochromatic radiation, an electro-optical amplitude modulator of the transmitter, an electro-optical phase modulator of the transmitter, an attenuator, a phase shifter of the transmitter, an RF signal generator of the transmitter, and an RF signal converter of the transmitter. The receiving device includes a spectral filter, a classical radiation receiver, the first single photon receiver, the goal is achieved by the fact that the transmitter phase adjustment device is additionally introduced into the transmitter, while the spectral filter in the receiver is multichannel and has five outputs, also in the receiver The device additionally introduced a second single photon receiver, a third single photon receiver, a fourth single photon receiver.
EFFECT: reduction of the quantum error rate, due to completely passive filtering of data on the receiving device.
1 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к криптографической технике, а именно к системам квантовой рассылки криптографического ключа.SUBSTANCE: invention relates to cryptographic technique, namely to systems of quantum distribution of a cryptographic key.

Известно устройство квантовой рассылки криптографического ключа на поднесущей частоте модулированного излучения [Патент РФ RU2454810 (C1), дата публикации 2012-06-27., дата приоритета 24.11.2010. МКИ: H04L 9/08], содержащее, соединенные посредством волоконно-оптической линии связи, передающее устройство, включающее расположенные последовательно по ходу 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, приемник классического излучения, оптически сопряженный со спектральным фильтром и приемник одиночных фотонов, электрооптический фазовый модулятор подключен к устройству сдвига фазы, к входу которого подключен выход генератора радиочастотного сигнала, волоконно-оптическая линия связи оптически сопряжена с аттенюатором передающего устройства, устройство содержит блок синхронизации, первый и второй выходы которого соединены с входами генератора радиочастотного сигнала приемного и передающего устройств соответственно, причем электрооптический фазовый модулятор в приемном устройстве выполнен из двух расположенных по ходу излучения электрооптических фазовых модуляторов, управляющие входы которых соединены с первым и вторым выходом устройства сдвига фазы соответственно, причем выход первого электрооптического фазового модулятора оптически сопряжен с выходом второго электрооптического фазового модулятора, за модуляторами по ходу излучения установлено фарадеевское зеркало, оптически сопряженное с входом второго электрооптического фазового модулятора, в приемное устройство введен оптический циркулятор, первый порт которого оптически сопряжен с волоконно-оптической линией связи, второй порт оптически сопряжен с входом первого электрооптического фазового модулятора, третий порт оптически сопряжен со спектральным фильтром, а четвертый порт оптически сопряжен с входом приемника одиночных фотонов, устройство синхронизации имеет третий и четвертый выходы, которые соединены с синхронизационными входами устройств сдвига фазы приемного и передающего устройств соответственно.A device for quantum distribution of a cryptographic key on a subcarrier frequency of modulated radiation is known [RF Patent RU2454810 (C1), publication date 2012-06-27., priority date 24.11.2010. MKI: H04L 9/08], containing, connected via a fiber-optic communication line, a transmitting device, including a monochromatic radiation source located in series along the radiation path, an electro-optical phase modulator and an attenuator, as well as a phase shift device, the output of which is connected to the control input of the electro-optical phase modulator, and the input of the phase shifter is connected to the output of the RF signal generator, and the receiving device, including an electro-optical phase modulator, a classical radiation receiver, optically coupled with a spectral filter and a single photon receiver, the electro-optical phase modulator is connected to the phase shifter, to the input of which the output of the RF signal generator is connected, the fiber-optic communication line is optically coupled to the attenuator of the transmitting device, the device contains a synchronization unit, the first and second outputs of which are connected to the inputs of the RF signal generator and the receiving and transmitting devices, respectively, moreover, the electro-optical phase modulator in the receiving device is made of two electro-optical phase modulators located along the radiation direction, the control inputs of which are connected to the first and second outputs of the phase shift device, respectively, and the output of the first electro-optical phase modulator is optically coupled to the output of the second an electro-optical phase modulator, a Faraday mirror is installed behind the modulators along the radiation path, optically coupled to the input of the second electro-optical phase modulator, an optical circulator is introduced into the receiving device, the first port of which is optically coupled to the fiber-optic communication line, the second port is optically coupled to the input of the first electro-optical phase modulator modulator, the third port is optically coupled to the spectral filter, and the fourth port is optically coupled to the input of the single photon receiver, the synchronization device has the third and fourth outputs, which rye are connected to the synchronization inputs of the phase shifters of the receiving and transmitting devices, respectively.

Прототипом к предлагаемому устройству квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием является устройство квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием [Патент РФ RU2692431 (C1), дата публикации 2019-06-24, дата приоритета 03.07.2018. МКИ: H04L 9/08, H04B 10/85], содержащее, соединенные между собой волоконно-оптической линией связи передающее устройство и приемное устройство; а также блок синхронизации; при этом передающее устройство включает в себя источник монохроматического излучения, электрооптический фазовый модулятор передающего устройства, выход которого оптически сопряжен с входом аттенюатора, выход аттенюатора оптически сопряжен с входом волоконно-оптической линии связи; а также устройство сдвига фазы передающего устройства, вход которого соединен с первым выходом генератора радиочастотного сигнала передающего устройства; при этом приемное устройство, включает в себя электрооптический фазовый модулятор приемного устройства, оптический циркулятор, второй порт оптического циркулятора оптически сопряжен с входом спектрального фильтра, третий порт оптического циркулятора оптически сопряжен с входом приемника одиночных фотонов, выход приемника одиночных фотонов является первым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, выход спектрального фильтра оптически сопряжен с входом приемника классического излучения, выход приемника классического излучения является вторым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, а также устройство сдвига фазы приемного устройства, вход устройства сдвига фазы приемного устройства соединен с первым выходом генератора радиочастотного сигнала приемного устройства; при этом первый и второй выходы блока синхронизации соединены с синхронизационными входами генератора радиочастотного сигнала передающего устройства и генератора радиочастотного сигнала приемного устройства соответственно, третий и четвертый выходы блока синхронизации соединены с синхронизационными входами устройства сдвига фазы передающего устройства и устройства сдвига фазы приемного устройства соответственно, причем в передающее устройство дополнительно введены электрооптический амплитудный модулятор передающего устройства и преобразователь радиочастотного сигнала передающего устройства, при этом вход электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства оптически сопряжен с выходом источника монохроматического излучения, выход электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства оптически сопряжен с входом электрооптического фазового модулятора передающего устройства, а управляющий вход электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства соединен с выходом устройства сдвига фазы передающего устройства, вход преобразователя радиочастотного сигнала передающего устройства соединен с вторым выходом генератора радиочастотного сигнала передающего устройства, а выход преобразователя радиочастотного сигнала передающего устройства соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора передающего устройства; в приемное устройство также дополнительно введены электрооптический амплитудный модулятор приемного устройства, преобразователь радиочастотного сигнала приемного устройства, при этом вход электрооптического амплитудного модулятора приемного устройства оптически сопряжен с выходом электрооптического фазового модулятора приемного устройства, выход электрооптического амплитудного модулятора приемного устройства оптически сопряжен с первым портом оптического циркулятора, управляющий вход электрооптического амплитудного модулятора приемного устройства соединен с выходом устройства сдвига фазы приемного устройства, вход преобразователя радиочастотного сигнала приемного устройства соединен с вторым выходом генератора радиочастотного сигнала приемного устройства, выход преобразователя радиочастотного сигнала приемного устройства соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора приемного устройства, вход электрооптического фазового модулятора приемного устройства оптически сопряжен с выходом волоконно-оптической линии связи.The prototype for the proposed device for quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding is a device for quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding [RF Patent RU2692431 (C1), publication date 2019-06-24, priority date 03.07.2018. MKI: H04L 9/08, H04B 10/85], containing, interconnected by a fiber-optic communication line, the transmitter and receiver; as well as a synchronization unit; while the transmitter includes a source of monochromatic radiation, an electro-optical phase modulator of the transmitter, the output of which is optically coupled to the input of the attenuator, the output of the attenuator is optically coupled to the input of the fiber-optic communication line; as well as a device for shifting the phase of the transmitter, the input of which is connected to the first output of the RF signal generator of the transmitter; wherein the receiving device includes an electro-optical phase modulator of the receiving device, an optical circulator, the second port of the optical circulator is optically coupled to the input of the spectral filter, the third port of the optical circulator is optically coupled to the input of the single photon receiver, the output of the single photon receiver is the first output of the quantum spreading device frequency-coded cryptographic key, the output of the spectral filter is optically coupled to the input of the classical radiation receiver, the output of the classical radiation receiver is the second output of the frequency-coded cryptographic key quantum distribution device, as well as the phase shift device of the receiving device, the input of the receiver phase shift device is connected to the first the output of the radio frequency signal generator of the receiving device; wherein the first and second outputs of the synchronization unit are connected to the synchronization inputs of the RF signal generator of the transmitter and the RF signal generator of the receiver, respectively, the third and fourth outputs of the synchronization unit are connected to the synchronization inputs of the phase shift device of the transmitter and the phase shift device of the receiver, respectively, and in The transmitting device additionally includes an electro-optical amplitude modulator of the transmitting device and a radio-frequency signal converter of the transmitting device, wherein the input of the electro-optical amplitude modulator of the transmitting device is optically coupled to the output of the monochromatic radiation source, the output of the electro-optical amplitude modulator of the transmitting device is optically coupled to the input of the electro-optical phase modulator of the transmitting device, and the control input of the electro-optical amplitude modulator of the transmitting device is connected to the output of the transmitter phase shifter, the input of the RF signal converter of the transmitter is connected to the second output of the RF signal generator of the transmitter, and the output of the RF signal converter of the transmitter is connected to the control input of the electro-optical phase modulator of the transmitter; an electro-optical amplitude modulator of the receiving device, a radio-frequency signal converter of the receiving device are also additionally introduced into the receiving device, while the input of the electro-optical amplitude modulator of the receiving device is optically coupled to the output of the electro-optical phase modulator of the receiving device, the output of the electro-optical amplitude modulator of the receiving device is optically coupled to the first port of the optical circulator, the control input of the electro-optical amplitude modulator of the receiving device is connected to the output of the phase shift device of the receiving device, the input of the radio frequency signal converter of the receiving device is connected to the second output of the radio frequency signal generator of the receiving device, the output of the radio frequency signal converter of the receiving device is connected to the control input of the electro-optical phase modulator of the receiving device, the input of the electro-optical phase modulator receiver optically coupled with the output of the fiber-optic communication line.

Техническое решение по прототипу имеет не достаток в виде высокого коэффициента квантовых ошибок, что, в свою очередь, ведет к недостаточной достоверности рассылки криптографического ключа по квантовому каналу, и к увеличению времени обработки криптографического ключа на приемном устройстве.The technical solution of the prototype has the disadvantage of a high quantum error rate, which, in turn, leads to insufficient reliability of the distribution of the cryptographic key over the quantum channel, and to an increase in the processing time of the cryptographic key on the receiving device.

Технической проблемой является создание устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, позволяющего уменьшить коэффициент квантовых ошибок, за счет полностью пассивной фильтрации данных на приемном устройстве, что повысит достоверность рассылки криптографического ключа по квантовому каналу, и уменьшит время обработки криптографического ключа на приемном устройстве.The technical problem is the creation of a device for quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding, which makes it possible to reduce the quantum error rate due to completely passive data filtering on the receiving device, which will increase the reliability of sending a cryptographic key over a quantum channel and reduce the processing time of the cryptographic key on the receiving device.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в уменьшении коэффициента квантовых ошибок, за счет полностью пассивной фильтрации данных на приемном устройстве. The technical result of the proposed invention is to reduce the quantum error rate due to completely passive filtering of data on the receiving device.

Технический результат в устройстве квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, содержащем соединенные между собой волоконно-оптической линией связи передающее устройство и приемное устройство; при этом передающее устройство содержит источник монохроматического излучения, выход которого оптически сопряжен с входом электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства, управляющий вход электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства соединен с выходом устройства сдвига фазы передающего устройства, выход электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства оптически сопряжен с входом электрооптического фазового модулятора передающего устройства, управляющий вход электрооптического фазового модулятора передающего устройства соединен с выходом преобразователя радиочастотного сигнала передающего устройства, выход электрооптического фазового модулятора передающего устройства оптически сопряжен с входом аттенюатора, выход аттенюатора оптически сопряжен с входом волоконно-оптической линии связи, передающее устройство также содержит генератор радиочастотного сигнала передающего устройства, первый выход которого соединен с входом устройства сдвига фазы передающего устройства; при этом приемное устройство, включает в себя спектральный фильтр, первый выход которого оптически сопряжен с входом приемника классического излучения, выход приемника классического излучения является первым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, приемное устройство также содержит первый приемник одиночных фотонов, выход которого является вторым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, достигается тем, что в передающее устройство дополнительно введено устройство подстройки фазы передающего устройства, выход которого соединен с входом преобразователя радиочастотного сигнала передающего устройства, вход устройства подстройки фазы передающего устройства соединен с вторым выходом генератора радиочастотного сигнала передающего устройства, а также, в приемном устройстве спектральный фильтр является многоканальным и имеет пять выходов, вход спектрального фильтра оптически сопряжен с выходом волоконно-оптической линии связи, второй выход спектрального фильтра оптически сопряжен с входом первого приемника одиночных фотонов, также в приемное устройство дополнительно введены, второй приемник одиночных фотонов, выход которого является третьим выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, вход второго приемника одиночных фотонов оптически сопряжен с третьим выходом спектрального фильтра, третий приемник одиночных фотонов, выход которого является четвертым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, вход третьего приемника одиночных фотонов оптически сопряжен с четвертым выходом спектрального фильтра, четвертый приемник одиночных фотонов, выход которого является пятым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, вход четвертого приемника одиночных фотонов оптически сопряжен с пятым выходом спектрального фильтра.The technical result in a device for quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding, containing a transmitting device and a receiving device connected to each other by a fiber-optic communication line; wherein the transmitter contains a source of monochromatic radiation, the output of which is optically coupled to the input of the electro-optical amplitude modulator of the transmitter, the control input of the electro-optical amplitude modulator of the transmitter is connected to the output of the phase shifter of the transmitter, the output of the electro-optical amplitude modulator of the transmitter is optically coupled to the input of the electro-optical phase modulator of the transmitting device, the control input of the electro-optical phase modulator of the transmitting device is connected to the output of the radio frequency signal converter of the transmitting device, the output of the electro-optical phase modulator of the transmitting device is optically coupled to the input of the attenuator, the output of the attenuator is optically coupled to the input of the fiber-optic communication line, the transmitting device also contains a radio frequency signal generator transmitting device, the first output of which is connected to the input of the device with phase shift of the transmitting device; wherein the receiving device includes a spectral filter, the first output of which is optically coupled to the input of the classical radiation receiver, the output of the classical radiation receiver is the first output of the frequency-coded cryptographic key quantum distribution device, the receiving device also contains the first single photon receiver, the output of which is by the second output of the device for quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding, is achieved by the fact that a device for adjusting the phase of the transmitting device is additionally introduced into the transmitting device, the output of which is connected to the input of the radio frequency signal converter of the transmitting device, the input of the phase adjusting device of the transmitting device is connected to the second output of the radio frequency signal generator transmitting device, and also, in the receiving device, the spectral filter is multichannel and has five outputs, the input of the spectral filter is optically coupled to the output of the fibers onno-optical communication line, the second output of the spectral filter is optically coupled to the input of the first single photon receiver; also, the second single photon receiver is additionally introduced into the receiving device, the output of which is the third output of the device for quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding, the input of the second single photon receiver optically coupled to the third output of the spectral filter, the third single photon receiver, the output of which is the fourth output of the frequency-coded cryptographic key quantum spreader, the input of the third single photon receiver is optically coupled to the fourth output of the spectral filter, the fourth single photon receiver, the output of which is the fifth output devices for quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding, the input of the fourth receiver of single photons is optically coupled to the fifth output of the spectral filter.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена – схема устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием. На фиг.2 – частотный спектр исходного сигнала, на выходе источника монохроматического излучения. На фиг.3 – частотный спектр двухчастотного амплитудно-модулированного сигнала на частоте Ω, на выходе электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства. На фиг.4 – частотный спектр однофотонного двухчастотного амплитудно-модулированного сигнала на частоте Ω, на выходе аттенюатора. На фиг.5 – частотный спектр амплитудно-модулированного сигнала на частоте Ω, на выходе электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства. На фиг.6 – частотный спектр фазо-коммутированного сигнала на частоте Ω/2, на выходе электрооптического фазового модулятора передающего устройства. На фиг.7 – частотный спектр однофотонного фазо-коммутированного сигнала на частоте Ω/2, на выходе аттенюатора. На фиг.8 – частотный спектр амплитудно-модулированного сигнала на частоте Ω, на выходе электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства. На фиг.9 – частотный спектр фазо-коммутированного сигнала на частоте 3Ω/2, на выходе электрооптического фазового модулятора передающего устройства. На фиг.10 – частотный спектр однофотонного фазо-коммутированного сигнала на частоте Ω/2, на выходе аттенюатора. На фиг.11 – частотный спектр двухчастотного амплитудно-модулированного сигнала на частоте 2Ω, на выходе электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства. На фиг.12 – частотный спектр однофотонного двухчастотного амплитудно-модулированного сигнала на частоте 2Ω, на выходе аттенюатора.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a diagram of a device for quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding. Figure 2 - the frequency spectrum of the original signal at the output of the source of monochromatic radiation. Figure 3 - the frequency spectrum of a two-frequency amplitude-modulated signal at a frequency Ω, at the output of the electro-optical amplitude modulator of the transmitter. Figure 4 - the frequency spectrum of a single-photon two-frequency amplitude-modulated signal at a frequency Ω, at the output of the attenuator. Figure 5 - the frequency spectrum of the amplitude-modulated signal at a frequency Ω, at the output of the electro-optical amplitude modulator of the transmitter. Figure 6 - the frequency spectrum of the phase-switched signal at a frequency of Ω/2, at the output of the electro-optical phase modulator of the transmitter. Figure 7 - the frequency spectrum of a single-photon phase-switched signal at a frequency of Ω/2, at the output of the attenuator. In Fig.8 - the frequency spectrum of the amplitude-modulated signal at a frequency Ω, at the output of the electro-optical amplitude modulator of the transmitter. Figure 9 - the frequency spectrum of the phase-switched signal at a frequency of 3Ω/2, at the output of the electro-optical phase modulator of the transmitter. Figure 10 shows the frequency spectrum of a single-photon phase-switched signal at a frequency of Ω/2 at the output of the attenuator. In Fig.11 - the frequency spectrum of a two-frequency amplitude-modulated signal at a frequency of 2Ω, at the output of the electro-optical amplitude modulator of the transmitter. On Fig.12 - the frequency spectrum of a single-photon two-frequency amplitude-modulated signal at a frequency of 2Ω, at the output of the attenuator.

Заявляемое устройство квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, изображенное на Фиг.1, содержит соединенные между собой волоконно-оптической линией связи 1, передающее устройство 2 и приемное устройство 3; при этом передающее устройство 2 включает в себя: последовательно оптически сопряженные, источник монохроматического излучения 4, электрооптический амплитудный модулятор передающего устройства 5, электрооптический фазовый модулятор передающего устройства 6 и аттенюатор 7, выход аттенюатора 7 является выходом передающего устройства 2 и оптически сопряжен с входом волоконно-оптической линии связи 1, а также устройство сдвига фазы передающего устройства 8, вход устройства сдвига фазы передающего устройства 8 соединен с первым выходом генератора радиочастотного сигнала передающего устройства 9, а выход устройства сдвига фазы передающего устройства 8 соединен с управляющим входом электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства 5, второй выход генератора радиочастотного сигнала передающего устройства 9 соединен с входом устройства подстройки фазы передающего устройства 10, выход устройства подстройки фазы передающего устройства 10 соединен с входом преобразователя радиочастотного сигнала передающего устройства 11, выход преобразователя радиочастотного сигнала передающего устройства 11 соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора передающего устройства 6, первый и второй выходы генератора радиочастотного сигнала передающего устройства 9 идентичны друг другу; при этом приемное устройство 3 включает в себя: спектральный фильтр 12 является многоканальным и имеет пять выходов, первый выход спектрального фильтра 12 оптически сопряжен с входом приемника классического излучения 13, выход приемника классического излучения 13 является первым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, второй выход спектрального фильтра 12 оптически сопряжен с входом первого приемника одиночных фотонов 14, выход первого приемника одиночных фотонов 14 является вторым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, третий выход спектрального фильтра 12 оптически сопряжен с входом второго приемника одиночных фотонов 15, выход второго приемника одиночных фотонов 15 является третьим выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, четвертый выход спектрального фильтра 12 оптически сопряжен с входом третьего приемника одиночных фотонов 16, выход третьего приемника одиночных фотонов 16 является четвертым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, пятый выход системы спектральных фильтров 12 оптически сопряжен с входом четвертого приемника одиночных фотонов 17, выход четвертого приемника одиночных фотонов 17 является пятым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, при этом вход спектрального фильтра 12 является входом приемного устройства 3 и оптически сопряжен с выходом волоконно-оптической линии связи 1, при этом элементы, входящие в состав передающего устройства 2, источник монохроматического излучения 4, аттенюатор 7, устройство сдвига фазы передающего устройства 8, генератор радиочастотного сигнала передающего устройства 9, устройство подстройки фазы передающего устройства 10, преобразователь радиочастотного сигнала передающего устройства 11, и элементы, входящие в состав приемного устройства 3, приемник классического излучения 13, первый приемник одиночных фотонов 14, второй приемник одиночных фотонов 15, третий приемник одиночных фотонов 16, четвертый приемник одиночных фотонов 17, имеют систему электропитания, которая на схеме не показана.The inventive device for quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding, shown in Fig.1, contains interconnected fiber-optic communication line 1, the transmitter 2 and the receiver 3; while the transmitter 2 includes: optically coupled in series, a source of monochromatic radiation 4, an electro-optical amplitude modulator of the transmitter 5, an electro-optical phase modulator of the transmitter 6 and an attenuator 7, the output of the attenuator 7 is the output of the transmitter 2 and is optically coupled to the input of the fiber of the optical communication line 1, as well as the phase shifter of the transmitter 8, the input of the phase shifter of the transmitter 8 is connected to the first output of the RF signal generator of the transmitter 9, and the output of the phase shifter of the transmitter 8 is connected to the control input of the electro-optical amplitude modulator of the transmitter 5 , the second output of the RF signal generator of the transmitter 9 is connected to the input of the phase adjustment device of the transmitter 10, the output of the phase adjustment device of the transmitter 10 is connected to the input of the RF converter a signal from the transmitter 11, the output of the radio frequency signal converter of the transmitter 11 is connected to the control input of the electro-optical phase modulator of the transmitter 6, the first and second outputs of the RF signal generator of the transmitter 9 are identical to each other; wherein the receiving device 3 includes: the spectral filter 12 is multichannel and has five outputs, the first output of the spectral filter 12 is optically coupled to the input of the classical radiation receiver 13, the output of the classical radiation receiver 13 is the first output of the device for quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding, the second output of the spectral filter 12 is optically coupled to the input of the first single photon receiver 14; the receiver of single photons 15 is the third output of the quantum distribution device of the cryptographic key with frequency coding, the fourth output of the spectral filter 12 is optically coupled to the input of the third receiver of single photons 16, the output tr the third single photon receiver 16 is the fourth output of the frequency-coded cryptographic key quantum distribution device, the fifth output of the spectral filter system 12 is optically coupled to the input of the fourth single-photon receiver 17, the output of the fourth single-photon receiver 17 is the fifth output of the frequency-coded cryptographic key quantum distribution device , while the input of the spectral filter 12 is the input of the receiver 3 and is optically coupled to the output of the fiber-optic communication line 1, while the elements that make up the transmitter 2, the monochromatic radiation source 4, the attenuator 7, the phase shift device of the transmitter 8, RF signal generator of the transmitter 9, phase adjuster of the transmitter 10, RF signal converter of the transmitter 11, and elements included in the receiver 3, classical radiation receiver 13, ne The first single photon receiver 14, the second single photon receiver 15, the third single photon receiver 16, the fourth single photon receiver 17 have a power supply system, which is not shown in the diagram.

Рассмотрим устройство квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием изображенный на Фиг.1 в работе. Предварительно включают систему электропитания и подают напряжение на элементы, входящие в состав передающего устройства 2, источник монохроматического излучения 4, аттенюатор 7, устройство сдвига фазы передающего устройства 8, генератор радиочастотного сигнала передающего устройства 9, устройство подстройки фазы передающего устройства 10, преобразователь радиочастотного сигнала передающего устройства 11, и элементы, входящие в состав приемного устройства 3, приемник классического излучения 13, первый приемник одиночных фотонов 14, второй приемник одиночных фотонов 15, третий приемник одиночных фотонов 16, четвертый приемник одиночных фотонов 17.Let's consider the device of quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding shown in Fig.1 in work. The power supply system is preliminarily turned on and voltage is applied to the elements that make up the transmitter 2, the source of monochromatic radiation 4, the attenuator 7, the phase shift device of the transmitter 8, the radio frequency signal generator of the transmitter 9, the device for adjusting the phase of the transmitter 10, the converter of the radio frequency signal of the transmitter device 11, and the elements included in the receiver 3, classical radiation receiver 13, the first single photon receiver 14, the second single photon receiver 15, the third single photon receiver 16, the fourth single photon receiver 17.

Для передачи первого из четырех ортогональных состояний фотона, состояния

Figure 00000001
, на передающем устройстве 2, источником монохроматического излучения 4 генерируется световой пучок с частотой ω0 (фиг.2). Дальше излучение подвергается амплитудной модуляции в электрооптическом амплитудном модуляторе передающего устройства 5. В данном случае применяется амплитудная модуляция, напряжением с частотой Ω в «нулевой» рабочей точке амплитудного модулятора передающего устройства 5. Источником синусоидального сигнала является генератор радиочастотного сигнала передающего устройства 9. В результате амплитудной модуляции на выходе электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства 5 появляется двухчастотное излучение на частотах ω0 – Ω и ω0 + Ω (фиг.3), (Ω – частота модулирующего радиочастотного сигнала для амплитудной модуляции). Далее амплитудно-модулированный излучение (фиг.3), проходит через открытый электрооптический фазовый модулятор передающего устройства 6 без модуляции. Далее двухчастотное излучение (фиг.3) ослабляется до однофотонного уровня с помощью аттенюатора 7 (фиг.4). Полученный на выходе аттенюатора 7 однофотонное двухчастотное излучение на частотах ω0 – Ω и ω0 + Ω (фиг.4), передается на приемное устройство 3 через волоконно-оптическую линию связи 1, которая представляющей собой квантовый канал, который соединяет передающее устройство 2 с приемным устройством 3. Однофотонное двухчастотное излучение на частотах ω0 – Ω и ω0 + Ω (фиг.4) в приемном устройстве 3 попадает на вход спектрального фильтра 12, где разделяются спектральные составляющие излучения. Однофотонное двухчастотное излучение на частотах ω0 – Ω и ω0 + Ω (фиг.4) выходит через второй выход спектрального фильтра 12 и попадает на вход первого приемника одиночных фотонов 14, где детектируется факт приема фотона.To transmit the first of the four orthogonal states of the photon, the state
Figure 00000001
, on the transmitter 2, the source of monochromatic radiation 4 generates a light beam with a frequency ω0(figure 2). Further, the radiation is subjected to amplitude modulation in the electro-optical amplitude modulator of the transmitting device 5. In this case, amplitude modulation is applied, with a voltage with a frequency Ω at the "zero" operating point of the amplitude modulator of the transmitting device 5. The source of the sinusoidal signal is the RF signal generator of the transmitting device 9. As a result of the amplitude modulation at the output of the electro-optical amplitude modulator of the transmitter 5, two-frequency radiation appears at frequencies ω0– Ω and ω0 (Fig.3), (Ω is the frequency of the modulating RF signal for amplitude modulation). Next, the amplitude-modulated radiation (figure 3) passes through an open electro-optical phase modulator of the transmitter 6 without modulation. Next, the two-frequency radiation (figure 3) is attenuated to a single-photon level using the attenuator 7 (figure 4). Received at the output of the attenuator 7 single-photon two-frequency radiation at frequencies ω0– Ω and ω0 (Fig.4) is transmitted to the receiving device 3 through a fiber-optic communication line 1, which is a quantum channel that connects the transmitting device 2 to the receiving device 3. Single-photon dual-frequency radiation at frequencies ω0– Ω and ω0 (figure 4) in the receiver 3 enters the input of the spectral filter 12, where the spectral components of the radiation are separated. Single-photon two-frequency radiation at frequencies ω0– Ω and ω0 (Fig.4) goes through the second output of the spectral filter 12 and enters the input of the first receiver of single photons 14, where the fact of receiving a photon is detected.

Для передачи второго из четырех ортогональных состояний фотона, состояния

Figure 00000002
, на передающем устройстве 2, источником монохроматического излучения 4 генерируется световой пучок с частотой ω0 (фиг.2). Дальше излучение подвергается амплитудной модуляции в электрооптическом амплитудном модуляторе передающего устройства 5. В данном случае применяется амплитудная модуляция при работе электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства 5 на линейном участке напряжением с частотой Ω и коэффициентом амплитудной модуляции m=0,55. Источником синусоидального сигнала является генератор радиочастотного сигнала передающего устройства 9. В результате амплитудной модуляции на выходе электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства 5 появляется излучение в спектре которого формируются две боковые частоты ω0 – Ω и ω0 + Ω (фиг.5), отстоящие от основной частоты оптического сигнала ω0 на величину частоты Ω (фиг.5) (Ω – частота модулирующего радиочастотного сигнала для амплитудной модуляции). Далее амплитудно-модулированное излучение проходит фазовую коммутацию в электрооптическом фазовом модуляторе передающего устройства 6, применяется такая прямоугольная фазовая модуляция, при которой фаза модуляции переворачивается на 180 градусов при каждом прохождении нулевой точки синусоидальной модуляции, вследствие чего вся энергия несущей частоты перекачивается в боковые составляющие ω0 – Ω/2 и ω0 + Ω/2 (фиг.6) (Ω/2 – частота модулирующего радиочастотного сигнала для фазовой модуляции, где – Ω равно частоте модулирующего радиочастотного сигнала для амплитудной модуляции), в результате которого, появляется двухчастотное излучение на частотах ω0 – Ω/2 и ω0 + Ω/2 (фиг.6). тем самым, из квантового канала передачи исключается многофотонная несущая частота. Источником прямоугольного сигнала является преобразователь радиочастотного сигнала передающего устройства 11. Подстройка фазы прямоугольного сигнала, для получения идеального подавления несущей в структуре сигнала, осуществляется в устройстве подстройки фазы передающего устройства 10. Далее двухчастотное излучение на частотах ω0 – Ω/2 и ω0 + Ω/2 (фиг.6) ослабляется до однофотонного уровня с помощью аттенюатора 7 (фиг.7). Полученный на выходе аттенюатора 7 однофотонное двухчастотное излучение на частотах ω0 – Ω/2 и ω0 + Ω/2 (фиг.7), передается на приемное устройство 3 через волоконно-оптическую линию связи 1, которая представляющей собой квантовый канал, который соединяет передающее устройство 2 с приемным устройством 3. Однофотонное двухчастотное излучение на частотах ω0 – Ω/2 и ω0 + Ω/2 (фиг.7) в приемном устройстве 3 попадает на вход спектрального фильтра 12, где разделяются спектральные составляющие излучения. Однофотонное двухчастотное излучение на частотах ω0 – Ω/2 и ω0 + Ω/2 (фиг.7) выходит через третий выход спектрального фильтра 12 и попадает на вход второго приемника одиночных фотонов 15, где детектируется факт приема фотона.To transmit the second of the four orthogonal states of the photon, the states
Figure 00000002
, on the transmitter 2, the source of monochromatic radiation 4 generates a light beam with a frequency ω0(figure 2). Further, the radiation is subjected to amplitude modulation in the electro-optical amplitude modulator of the transmitting device 5. In this case, amplitude modulation is applied when the electro-optical amplitude modulator of the transmitting device 5 is operating in a linear section with a voltage with a frequency Ω and an amplitude modulation coefficientm=0.55. The source of the sinusoidal signal is the RF signal generator of the transmitting device 9. As a result of amplitude modulation, at the output of the electro-optical amplitude modulator of the transmitting device 5, radiation appears in the spectrum of which two side frequencies ω are formed.0 – Ω and ω0 + Ω (Fig.5), spaced from the main frequency of the optical signal ω0 by the value of the frequency Ω (Fig.5) (Ω is the frequency of the modulating RF signal for amplitude modulation). Further, the amplitude-modulated radiation undergoes phase switching in the electro-optical phase modulator of the transmitter 6, such a rectangular phase modulation is applied in which the modulation phase is reversed by 180 degrees with each passage of the zero point of the sinusoidal modulation, as a result of which all the energy of the carrier frequency is pumped into the side components ω0– Ω/2 and ω0+ Ω/2 (Fig.6) (Ω/2 is the frequency of the modulating radio frequency signal for phase modulation, where – Ω is equal to the frequency of the modulating radio frequency signal for amplitude modulation), as a result of which two-frequency radiation appears at frequencies ω0– Ω/2 and ω0+ Ω/2 (Fig.6). thus, the multiphoton carrier frequency is excluded from the quantum transmission channel. The source of the square wave signal is the RF signal converter of the transmitter 11. The phase adjustment of the square wave, in order to obtain ideal carrier suppression in the signal structure, is carried out in the phase adjustment device of the transmitter 10. Further, two-frequency radiation at frequencies ω0– Ω/2 and ω0+ Ω/2 (Fig.6) is attenuated to a single-photon level using the attenuator 7 (Fig.7). Received at the output of the attenuator 7 single-photon two-frequency radiation at frequencies ω0– Ω/2 and ω0+ Ω/2 (Fig.7) is transmitted to the receiving device 3 through a fiber-optic communication line 1, which is a quantum channel that connects the transmitting device 2 to the receiving device 3. Single-photon dual-frequency radiation at frequencies ω0– Ω/2 and ω0+ Ω/2 (Fig.7) in the receiver 3 enters the input of the spectral filter 12, where the spectral components of the radiation are separated. Single-photon two-frequency radiation at frequencies ω0– Ω/2 and ω0+ Ω/2 (Fig.7) goes through the third output of the spectral filter 12 and enters the input of the second receiver of single photons 15, where the fact of receiving a photon is detected.

Для передачи третьего из четырех ортогональных состояний фотона, состояние

Figure 00000003
, на передающем устройстве 2, источником монохроматического излучения 4 генерируется световой пучок с частотой ω0 (фиг.2). Дальше излучение подвергается амплитудной модуляции в электрооптическом амплитудном модуляторе передающего устройства 5. В данном случае применяется амплитудная модуляция при работе электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства 5 на линейном участке напряжением с частотой
Figure 00000004
и коэффициентом амплитудной модуляции m=0,55. Источником синусоидального сигнала является генератор радиочастотного сигнала передающего устройства 9. В результате амплитудной модуляции на выходе электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства 5 появляется излучение в спектре которого формируются две боковые частоты ω0 – Ω и ω0 + Ω (фиг.8), отстоящие от основной частоты оптического сигнала ω0 на величину частоты Ω (фиг.8) (Ω – частота модулирующего радиочастотного сигнала для амплитудной модуляции). Далее амплитудно-модулированное излучение проходит фазовую коммутацию в электрооптическом фазовом модуляторе передающего устройства 6, применяется такая прямоугольная фазовая модуляция, при которой фаза модуляции переворачивается на 180 градусов при каждом прохождении нулевой точки синусоидальной модуляции, вследствие чего вся энергия несущей частоты перекачивается в боковые составляющие ω0 – 3Ω/2 и ω0 + 3Ω/2 (фиг.9) (3Ω/2 – частота модулирующего радиочастотного сигнала для фазовой модуляции, где – Ω равно частоте модулирующего радиочастотного сигнала для амплитудной модуляции), в результате которого, появляется двухчастотное излучение на частотах ω0 – 3Ω/2 и ω0 + 3Ω/2 (фиг.9), тем самым, из квантового канала передачи исключается многофотонная несущая частота. Источником прямоугольного сигнала является преобразователь радиочастотного сигнала передающего устройства 11. Подстройка фазы прямоугольного сигнала, для получения идеального подавления несущей в структуре сигнала, осуществляется в устройстве подстройки фазы передающего устройства 10. Далее двухчастотное излучение на частотах ω0 – 3Ω/2 и ω0 + 3Ω/2 (фиг.9) ослабляется до однофотонного уровня с помощью аттенюатора 7 (фиг.10). Полученный на выходе аттенюатора 7 однофотонное двухчастотное излучение на частотах ω0 – 3Ω/2 и ω0 + 3Ω/2 (фиг.10), передается на приемное устройство 3 через волоконно-оптическую линию связи 1, которая представляющей собой квантовый канал, который соединяет передающее устройство 2 с приемным устройством 3. Однофотонное двухчастотное излучение на частотах ω0 – 3Ω/2 и ω0 + 3Ω/2 (фиг.10) в приемном устройстве 3 попадает на вход спектрального фильтра 12, где разделяются спектральные составляющие излучения. Однофотонное двухчастотное излучение на частотах ω0 – 3Ω/2 и ω0 + 3Ω/2 (фиг.10) выходит через четвертый выход спектрального фильтра 12 и попадает на вход третьего приемника одиночных фотонов 16, где детектируется факт приема фотона.To transmit the third of the four orthogonal states of the photon, the state
Figure 00000003
, on the transmitter 2, the source of monochromatic radiation 4 generates a light beam with a frequency ω0(figure 2). Further, the radiation is subjected to amplitude modulation in the electro-optical amplitude modulator of the transmitting device 5. In this case, amplitude modulation is applied when the electro-optical amplitude modulator of the transmitting device 5 is operating in a linear section with a voltage with a frequency
Figure 00000004
and amplitude modulation factorm=0.55. The source of the sinusoidal signal is the RF signal generator of the transmitting device 9. As a result of amplitude modulation, at the output of the electro-optical amplitude modulator of the transmitting device 5, radiation appears in the spectrum of which two side frequencies ω are formed.0 – Ω and ω0 + Ω (Fig.8), separated from the main frequency of the optical signal ω0 by the value of the frequency Ω (Fig.8) (Ω is the frequency of the modulating RF signal for amplitude modulation). Further, the amplitude-modulated radiation undergoes phase switching in the electro-optical phase modulator of the transmitter 6, such a rectangular phase modulation is applied in which the modulation phase is reversed by 180 degrees with each passage of the zero point of the sinusoidal modulation, as a result of which all the energy of the carrier frequency is pumped into the side components ω0– 3Ω/2 and ω0+ 3Ω/2 (Fig.9) (3Ω/2 is the frequency of the modulating radio frequency signal for phase modulation, where – Ω is equal to the frequency of the modulating radio frequency signal for amplitude modulation), as a result of which two-frequency radiation appears at frequencies ω0– 3Ω/2 and ω0+ 3Ω/2 (Fig.9), thus, the multiphoton carrier frequency is excluded from the quantum transmission channel. The source of the square wave signal is the RF signal converter of the transmitter 11. The phase adjustment of the square wave signal, in order to obtain ideal carrier suppression in the signal structure, is carried out in the phase adjustment device of the transmitter 10. Further, two-frequency radiation at frequencies ω0– 3Ω/2 and ω0+ 3Ω/2 (Fig.9) is attenuated to a single-photon level using the attenuator 7 (Fig.10). Received at the output of the attenuator 7 single-photon two-frequency radiation at frequencies ω0– 3Ω/2 and ω0+ 3Ω/2 (Fig. 10) is transmitted to the receiving device 3 through a fiber-optic communication line 1, which is a quantum channel that connects the transmitting device 2 to the receiving device 3. Single-photon dual-frequency radiation at frequencies ω0– 3Ω/2 and ω0+ 3Ω/2 (Fig.10) in the receiver 3 enters the input of the spectral filter 12, where the spectral components of the radiation are separated. Single-photon two-frequency radiation at frequencies ω0– 3Ω/2 and ω0+ 3Ω/2 (Fig.10) goes through the fourth output of the spectral filter 12 and enters the input of the third receiver of single photons 16, where the fact of receiving a photon is detected.

Для передачи четвертого из четырех ортогональных состояний фотона, состояние

Figure 00000005
, на передающем устройстве 2, источником монохроматического излучения 4 генерируется световой пучок с частотой ω0 (фиг.2). Дальше излучение подвергается амплитудной модуляции в электрооптическом амплитудном модуляторе передающего устройства 5. В данном случае применяется амплитудная модуляция, напряжением с частотой 2Ω в «нулевой» рабочей точке амплитудного модулятора передающего устройства 5. Источником синусоидального сигнала является генератор радиочастотного сигнала передающего устройства 9. В результате амплитудной модуляции на выходе электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства 5 появляется двухчастотное излучение на частотах ω0 – 2Ω и ω0 + 2Ω (фиг.11), (Ω – частота модулирующего радиочастотного сигнала для амплитудной модуляции). Далее амплитудно-модулированный излучение (фиг.11), проходит через открытый электрооптический фазовый модулятор передающего устройства 6 без модуляции. Далее двухчастотное излучение (фиг.11) ослабляется до однофотонного уровня с помощью аттенюатора 7 (фиг.12). Полученный на выходе аттенюатора 7 однофотонное двухчастотное излучение на частотах ω0 – 2Ω и ω0 + 2Ω (фиг.12), передается на приемное устройство 3 через волоконно-оптическую линию связи 1, которая представляющей собой квантовый канал, который соединяет передающее устройство 2 с приемным устройством 3. Однофотонное двухчастотное излучение на частотах ω0 – 2Ω и ω0 + 2Ω (фиг.12) в приемном устройстве 3 попадает на вход спектрального фильтра 12, где разделяются спектральные составляющие излучения. Однофотонное двухчастотное излучение на частотах ω0 – 2Ω и ω0 + 2Ω (фиг.12) выходит через пятый выход спектрального фильтра 12 и попадает на вход четвертого приемника одиночных фотонов 17, где детектируется факт приема фотона.To transmit the fourth of the four orthogonal states of the photon, the state
Figure 00000005
, on the transmitter 2, the source of monochromatic radiation 4 generates a light beam with a frequency ω0(figure 2). Further, the radiation is subjected to amplitude modulation in the electro-optical amplitude modulator of the transmitter 5. In this case, amplitude modulation is applied, with a voltage with a frequency of 2Ω at the "zero" operating point of the amplitude modulator of the transmitter 5. The source of the sinusoidal signal is the RF signal generator of the transmitter 9. As a result of the amplitude modulation at the output of the electro-optical amplitude modulator of the transmitter 5, two-frequency radiation appears at frequencies ω0– 2Ω and ω0+ 2Ω (Fig.11), (Ω is the frequency of the modulating RF signal for amplitude modulation). Next, the amplitude-modulated radiation (Fig.11) passes through an open electro-optical phase modulator of the transmitter 6 without modulation. Next, the two-frequency radiation (Fig.11) is attenuated to a single-photon level using the attenuator 7 (Fig.12). Received at the output of the attenuator 7 single-photon two-frequency radiation at frequencies ω0– 2Ω and ω0+ 2Ω (Fig.12) is transmitted to the receiver 3 through a fiber-optic communication line 1, which is a quantum channel that connects the transmitter 2 to the receiver 3. Single-photon dual-frequency radiation at frequencies ω0– 2Ω and ω0+ 2Ω (Fig.12) in the receiving device 3 enters the input of the spectral filter 12, where the spectral components of the radiation are separated. Single-photon two-frequency radiation at frequencies ω0– 2Ω and ω0+ 2Ω (Fig.12) goes through the fifth output of the spectral filter 12 and enters the input of the fourth receiver of single photons 17, where the fact of receiving a photon is detected.

Многофотонное излучение на несущей частоте ω0 (фиг.2), является опорным сигналом, который может содержать информацию для синхронизации работы элементов передающего устройства 2 и приемного устройства 3, проходит через первый выход спектрального фильтра 12 и попадает в приемник классического излучения 13.Multiphoton radiation at a carrier frequency ω 0 (Fig.2), is a reference signal that may contain information to synchronize the operation of the elements of the transmitter 2 and receiver 3, passes through the first output of the spectral filter 12 and enters the classical radiation receiver 13.

Данные, полученные с приемника классического излучения 16, с первого приемника одиночных фотонов 17, с второго приемника одиночных фотонов 18, с третьего приемника одиночных фотонов 19, с четвертого приемника одиночных фотонов 18, передаются соответственно через первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием на компьютер (который на схеме не показан), и дальнейшая обработка этих данных производится на компьютере. Анализируя сигналы на несущей частоте ω0 (фиг.2) и на на поднесущих частотах ω0 – Ω и ω0 + Ω (фиг.4), ω0 – Ω/2 и ω0 + Ω/2 (фиг.7), ω0 – 3Ω/2 и ω0 + 3/2Ω (фиг.10), ω0 – 2Ω и ω0 + 2Ω (фиг.12) передающее устройство 2 и приемное устройство 3 получают секретный криптографический ключ и делают вывод о присутствии подслушивающего злоумышленника.Data received from the classical radiation receiver 16, from the first single photon receiver 17, from the second single photon receiver 18, from the third single photon receiver 19, from the fourth single photon receiver 18, are transmitted through the first, second, third, fourth and fifth outputs, respectively. devices for quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding to a computer (which is not shown in the diagram), and further processing of this data is performed on a computer. Analyzing signals at carrier frequency ω0 (figure 2) and on subcarrier frequencies ω0– Ω and ω0+ Ω (Fig.4), ω0– Ω/2 and ω0+ Ω/2 (Fig.7), ω0– 3Ω/2 and ω0+ 3/2Ω (Fig.10), ω0– 2Ω and ω0+ 2Ω (Fig.12) the transmitting device 2 and the receiving device 3 receive a secret cryptographic key and conclude that an eavesdropping intruder is present.

Устройство квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием может быть реализован на следующих элементах, рассчитанных на работу на длине волны 1550 нм (возможны и другие длины волн):A device for quantum distribution of a cryptographic key with frequency encoding can be implemented on the following elements, designed to operate at a wavelength of 1550 nm (other wavelengths are possible):

- волоконно-оптическая линия связи 1, представляет собой одномодовое волокно SMF-28 1550 нм различных производителей. Например: эталонные шнуры или кабели на волокне SMF-28 фирмы Corning, ТЕЛЕКОМ-ТЕСТ фирмы ООО «Производственно-торговая компания СОКОЛ», АО «ОФС РУС Волоконно-Оптическая Кабельная Компания», ЗАО ”Самарская оптическая кабельная компания”, ЗАО ”ВИКТАН” – ПРЕДСТАВИТЕЛЬ В РФ ПАО ”ЗАВОД ”ЮЖКАБЕЛЬ”, Broadcom Limited (Сингапур и США), Fiber Instrument Sales Inc. (США), Eoptolink Technology Inc., Ltd. (Китай), Sumix (США), OPTOKON a.s. (Чехия), Optoway Technologies Inc. (Тайвань), Kamaxoptic Communication Co., Ltd. (Шэньчжэнь, Китай), Kaiphone Technology Co., Ltd. (Китай), Industrial Fiber Optics (США), Allray Inc. (Китай), Nestor Cables Oy (Финляндия) и т.д.- fiber-optic communication line 1, is a single-mode fiber SMF-28 1550 nm from various manufacturers. For example: reference cords or cables on SMF-28 fiber from Corning, TELECOM-TEST from LLC Production and Trade Company SOKOL, JSC OFS RUS Fiber Optic Cable Company, CJSC Samara Optical Cable Company, CJSC ”VIKTAN” – REPRESENTATIVE IN THE RUSSIAN FEDERATION PJSC PLANT YUZHKABEL, Broadcom Limited (Singapore and USA), Fiber Instrument Sales Inc. (USA), Eoptolink Technology Inc., Ltd. (China), Sumix (USA), OPTOKON a.s. (Czech Republic), Optoway Technologies Inc. (Taiwan), Kamaxoptic Communication Co., Ltd. (Shenzhen, China), Kaiphone Technology Co., Ltd. (China), Industrial Fiber Optics (USA), Allray Inc. (China), Nestor Cables Oy (Finland), etc.

Устройства, входящие в передающее устройство 2, могут быть реализованы на следующих элементах:The devices included in the transmitter 2 can be implemented on the following elements:

- источник монохроматического излучения 4, может быть выполнен, как одночастотный полупроводниковый лазер с волоконным выходом, с перестраиваемой длиной волны в диапазоне 1510-1560 нм и перестраиваемым значением выходной мощности от 3 до 10 мВт различных производителей. Например: PHOENIX 1200 – перестраиваемый лазер – фирмы LUNA Luna Innovations Incorporated (США) или PHOENIX 1000 - перестраиваемые ECDL лазеры – фирмы LUNA Luna Innovations Incorporated (США) или 1752A - 1,5 мкм лазерные диоды стандарта DOCSIS 3.1 – фирмы EMCORE (США), коротко импульсный лазерный источник ID300 – фирмы ID Quantique (Швейцария) и т.д.- monochromatic radiation source 4, can be made as a single-frequency semiconductor laser with a fiber output, with a tunable wavelength in the range of 1510-1560 nm and a tunable output power value from 3 to 10 mW of various manufacturers. For example: PHOENIX 1200 - tunable laser - from LUNA Luna Innovations Incorporated (USA) or PHOENIX 1000 - tunable ECDL lasers - from LUNA Luna Innovations Incorporated (USA) or 1752A - 1.5 μm laser diodes of DOCSIS 3.1 standard - from EMCORE (USA) , ID300 short-pulse laser source from ID Quantique (Switzerland), etc.

- электрооптический амплитудный модулятор передающего устройства 5, может быть построен на кристалле ниобата лития (LiNbO3) с потерями на пропускание 2.5-3 дБ различных производителей. Например: MXAN-LN-10 - аналоговый 1550 нм 12 ГГц оптический модулятор – фирмы iXBlue Photonics (Франция), LN81S-FC - Zero-Chirp, 10 GHz Intensity Mod., Integrated PD and Replaceable GPO Conn, FC/PC – фирмы Thorlabs (США), LN82S-FC - Fixed-Chirp, 10 GHz Intensity Mod., Integrated PD and Replaceable GPO Connector, FC/PC – фирмы Thorlabs (США) LN58S-FC - 20 GHz Low Vpi Analog Modulator, FC/PC Connectorized – фирмы Thorlabs (США) и т.д.- an electro-optical amplitude modulator of the transmitter 5, can be built on a lithium niobate crystal (LiNbO3) with a transmission loss of 2.5-3 dB from various manufacturers. For example: MXAN-LN-10 - analog 1550 nm 12 GHz optical modulator - from iXBlue Photonics (France), LN81S-FC - Zero-Chirp, 10 GHz Intensity Mod., Integrated PD and Replaceable GPO Conn, FC / PC - from Thorlabs (USA), LN82S-FC - Fixed-Chirp, 10 GHz Intensity Mod., Integrated PD and Replaceable GPO Connector, FC/PC - Thorlabs (USA) LN58S-FC - 20 GHz Low Vpi Analog Modulator, FC/PC Connectorized - Thorlabs (USA), etc.

- электрооптический фазовый модулятор передающего устройства 6, может быть построен на кристалле ниобата лития (LiNbO3) с потерями на пропускание 2.5-3 дБ различных производителей. Например, MPZ-LN-10 - 1550 нм 12 ГГц фазовый модулятор – фирмы iXBlue Photonics (Франция), LN65S-FC - 10 GHz Phase Modulator with Polarizer, FC/PC Connectors – фирмы Thorlabs (США), LN53S-FC - 10 GHz Phase Modulator without Polarizer, FC/PC Connectors – фирмы Thorlabs (США) и т.д.- an electro-optical phase modulator of the transmitter 6, can be built on a lithium niobate crystal (LiNbO3) with a transmission loss of 2.5-3 dB from various manufacturers. For example, MPZ-LN-10 - 1550 nm 12 GHz phase modulator - iXBlue Photonics (France), LN65S-FC - 10 GHz Phase Modulator with Polarizer, FC / PC Connectors - Thorlabs (USA), LN53S-FC - 10 GHz Phase Modulator without Polarizer, FC/PC Connectors from Thorlabs (USA), etc.

- аттенюатор 7, может быть выполнен, как одномодовый регулируемый аттенюатор различных производителей. Например: VOA50-APC - Одномодовый регулируемый аттенюатор, рабочая длина волны: 1310/1550 нм, макс. ослабление: 50 дБ, разъемы: FC/APC, – фирмы Thorlabs (США), VOA50-FC - Одномодовый регулируемый аттенюатор, рабочая длина волны: 1310/1550 нм, макс. ослабление: 50 дБ, разъемы: FC/PC, – фирмы Thorlabs (США), VOA50 - Одномодовый регулируемый аттенюатор, рабочая длина волны: 1310/1550 нм, макс. ослабление: 50 дБ, без разъемов, – фирмы Thorlabs (США), V1550F - Электронный регулируемый аттенюатор, рабочий диапазон: 1250 - 1650 нм, разъем: FC/PC, – фирмы Thorlabs (США) и т.д.- attenuator 7 can be made as a single-mode adjustable attenuator from various manufacturers. For example: VOA50-APC - Single mode adjustable attenuator, operating wavelength: 1310/1550 nm, max. attenuation: 50 dB, connectors: FC/APC, - Thorlabs (USA), VOA50-FC - Single-mode adjustable attenuator, operating wavelength: 1310/1550 nm, max. attenuation: 50 dB, connectors: FC / PC, - Thorlabs (USA), VOA50 - Single-mode adjustable attenuator, operating wavelength: 1310/1550 nm, max. attenuation: 50 dB, without connectors - Thorlabs (USA), V1550F - Electronic variable attenuator, operating range: 1250 - 1650 nm, connector: FC / PC, - Thorlabs (USA), etc.

- устройство сдвига фазы передающего устройства 8, может быть выполнено, как программируемый фазовращатель. Например: LPS-402 программируемый фазовращатель USB с пропускной способностью 2 ГГц и LPS-802 программируемый фазовращатель USB с пропускной способностью 4 ГГц – фирмы Vaunix (США)- the phase shifter of the transmitter 8 can be implemented as a programmable phase shifter. For example: LPS-402 2 GHz programmable USB phase shifter and LPS-802 4 GHz programmable USB phase shifter from Vaunix (USA)

- генератор радиочастотного сигнала передающего устройства 9, может быть выполнен, как программируемый USB-генератор сигналов. Например: LMS-802DX 2,0 - 8,0 ГГц программируемый USB-генератор сигналов – фирмы Vaunix (США) - the RF signal generator of the transmitter 9 can be implemented as a programmable USB signal generator. For example: LMS-802DX 2.0 - 8.0 GHz programmable USB signal generator - Vaunix (USA)

- устройство подстройки фазы передающего устройства 10, может быть выполнено, как программируемый фазовращатель. Например: LPS-402 программируемый фазовращатель USB с пропускной способностью 2 ГГц и LPS-802 программируемый фазовращатель USB с пропускной способностью 4 ГГц – фирмы Vaunix (США),- the device for adjusting the phase of the transmitter 10 can be implemented as a programmable phase shifter. For example: LPS-402 programmable USB phase shifter with a bandwidth of 2 GHz and LPS-802 programmable USB phase shifter with a bandwidth of 4 GHz - Vaunix (USA),

- преобразователь радиочастотного сигнала передающего устройства 11, может быть выполнен как триггер Шмитта. Например: SN74LVC2G17 Dual Schmitt-Trigger Buffer – фирмы Texas Instruments (США).- the converter of the radio frequency signal of the transmitter 11, can be made as a Schmitt trigger. For example: SN74LVC2G17 Dual Schmitt-Trigger Buffer - Texas Instruments (USA).

Устройства, входящие в приемное устройство 3, могут быть реализованы на следующих элементах:The devices included in the receiving device 3 can be implemented on the following elements:

- спектральный фильтр 12 является многоканальным и имеет пять выходов, может быть выполнен, как многоканальный разветвитель, на выходах которого записаны волоконно-оптические решетки Брэгга с фазовым π-сдвигом, настроенные на несущую или боковые составляющие несущей фотона. Волоконно-оптические решетки Брэгга с фазовым π-сдвигом, записанные на волокне SMF-28 в НЦВО «Фотоника» (Москва), НИИ ПРЭФЖС КНИТУ-КАИ (Казань), Инверсия-Файбер (Новосибирск), Инверсия-Сенсор (Пермь) и т.д.- spectral filter 12 is multichannel and has five outputs; it can be made as a multichannel splitter, at the outputs of which fiber-optic Bragg gratings with a phase π-shift are recorded, tuned to the carrier or side components of the photon carrier. Fiber-optic Bragg gratings with a phase π-shift recorded on SMF-28 fiber at the NTsVO "Photonics" (Moscow), NII PREFZhS KNRTU-KAI (Kazan), Inversion-Fiber (Novosibirsk), Inversion-Sensor (Perm), etc. .d.

- приемник классического излучения 13, может быть выполнен, как SFP трансмиттер различных производителей и разной дальности (например: 3 км, 20км, 40 км, 80км, 120км) – фирмы NetLink (Китай), GIGALINK (Россия), Cisco (США), Стрела (Россия),- classical radiation receiver 13, can be made as an SFP transmitter of various manufacturers and different ranges (for example: 3 km, 20 km, 40 km, 80 km, 120 km) - NetLink (China), GIGALINK (Russia), Cisco (USA), Strela (Russia),

- первый приемник одиночных фотонов 14, может быть выполнен, как детектор одиночных фотонов на кремниевых лавинных диодах различных производителей. Например: модели ID230, ID210, ID220, ID280 – фирмы ID Quantique (Швейцария)- the first single photon detector 14 can be made as a single photon detector on silicon avalanche diodes of various manufacturers. For example: models ID230, ID210, ID220, ID280 - from ID Quantique (Switzerland)

- второй приемник одиночных фотонов 15, может быть выполнен, как детектор одиночных фотонов на кремниевых лавинных диодах различных производителей. Например: модели ID230, ID210, ID220, ID280 – фирмы ID Quantique (Швейцария),- the second single photon receiver 15 can be made as a single photon detector on silicon avalanche diodes of various manufacturers. For example: ID230, ID210, ID220, ID280 models - ID Quantique (Switzerland),

- третий приемник одиночных фотонов 16, может быть выполнен, как детектор одиночных фотонов на кремниевых лавинных диодах различных производителей. Например: модели ID230, ID210, ID220, ID280 – фирмы ID Quantique (Швейцария),- the third single photon receiver 16 can be made as a single photon detector on silicon avalanche diodes of various manufacturers. For example: ID230, ID210, ID220, ID280 models - ID Quantique (Switzerland),

- четвертый приемник одиночных фотонов 17, может быть выполнен, как детектор одиночных фотонов на кремниевых лавинных диодах различных производителей. Например: модели ID230, ID210, ID220, ID280 – фирмы ID Quantique (Швейцария),- the fourth single photon detector 17 can be made as a single photon detector based on silicon avalanche diodes of various manufacturers. For example: ID230, ID210, ID220, ID280 models - ID Quantique (Switzerland),

Заявляемое изобретение позволяет достичь технический результат уменьшения коэффициента квантовых ошибок, за счет полностью пассивной фильтрации данных на приемном устройстве.The claimed invention allows to achieve the technical result of reducing the quantum error rate due to completely passive data filtering at the receiving device.

Claims (1)

Устройство квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, содержащее соединенные между собой волоконно-оптической линией связи передающее устройство и приемное устройство; при этом передающее устройство содержит источник монохроматического излучения, выход которого оптически сопряжен с входом электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства, управляющий вход электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства соединен с выходом устройства сдвига фазы передающего устройства, выход электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства оптически сопряжен с входом электрооптического фазового модулятора передающего устройства, управляющий вход электрооптического фазового модулятора передающего устройства соединен с выходом преобразователя радиочастотного сигнала передающего устройства, выход электрооптического фазового модулятора передающего устройства оптически сопряжен с входом аттенюатора, выход аттенюатора оптически сопряжен с входом волоконно-оптической линии связи, передающее устройство также содержит генератор радиочастотного сигнала передающего устройства, первый выход которого соединен с входом устройства сдвига фазы передающего устройства; при этом приемное устройство включает в себя спектральный фильтр, первый выход которого оптически сопряжен с входом приемника классического излучения, выход приемника классического излучения является первым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, приемное устройство также содержит первый приемник одиночных фотонов, выход которого является вторым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, отличающееся тем, что в передающее устройство дополнительно введено устройство подстройки фазы передающего устройства, выход которого соединен с входом преобразователя радиочастотного сигнала передающего устройства, вход устройства подстройки фазы передающего устройства соединен с вторым выходом генератора радиочастотного сигнала передающего устройства, а также в приемном устройстве спектральный фильтр является многоканальным и имеет пять выходов, вход спектрального фильтра оптически сопряжен с выходом волоконно-оптической линии связи, второй выход спектрального фильтра оптически сопряжен с входом первого приемника одиночных фотонов, также в приемное устройство дополнительно введены второй приемник одиночных фотонов, выход которого является третьим выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, вход второго приемника одиночных фотонов оптически сопряжен с третьим выходом спектрального фильтра, третий приемник одиночных фотонов, выход которого является четвертым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, вход третьего приемника одиночных фотонов оптически сопряжен с четвертым выходом спектрального фильтра, четвертый приемник одиночных фотонов, выход которого является пятым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, вход четвертого приемника одиночных фотонов оптически сопряжен с пятым выходом спектрального фильтра.A device for quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding, comprising a transmitting device and a receiving device connected to each other by a fiber-optic communication line; wherein the transmitter contains a source of monochromatic radiation, the output of which is optically coupled to the input of the electro-optical amplitude modulator of the transmitter, the control input of the electro-optical amplitude modulator of the transmitter is connected to the output of the phase shifter of the transmitter, the output of the electro-optical amplitude modulator of the transmitter is optically coupled to the input of the electro-optical phase modulator of the transmitting device, the control input of the electro-optical phase modulator of the transmitting device is connected to the output of the radio frequency signal converter of the transmitting device, the output of the electro-optical phase modulator of the transmitting device is optically coupled to the input of the attenuator, the output of the attenuator is optically coupled to the input of the fiber-optic communication line, the transmitting device also contains a radio frequency signal generator transmitting device, the first output of which is connected to the input of the device phase shift of the transmitting device; wherein the receiving device includes a spectral filter, the first output of which is optically coupled to the input of the classical radiation receiver, the output of the classical radiation receiver is the first output of the frequency-coded cryptographic key quantum distribution device, the receiving device also contains the first single photon receiver, the output of which is the second by the output of the device for quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding, characterized in that the transmitting device is additionally equipped with a device for adjusting the phase of the transmitting device, the output of which is connected to the input of the radio frequency signal converter of the transmitting device, the input of the phase adjusting device of the transmitting device is connected to the second output of the radio frequency signal generator of the transmitting device, as well as in the receiving device, the spectral filter is multichannel and has five outputs, the input of the spectral filter is optically coupled to the output of the fiber nano-optical communication line, the second output of the spectral filter is optically coupled to the input of the first single photon receiver, also the second single photon receiver is additionally introduced into the receiving device, the output of which is the third output of the device for quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding, the input of the second single photon receiver is optically is coupled to the third output of the spectral filter, the third single photon receiver, the output of which is the fourth output of the frequency-coded cryptographic key quantum distribution device, the input of the third single photon receiver is optically coupled to the fourth output of the spectral filter, the fourth single photon receiver, the output of which is the fifth output of the device quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding, the input of the fourth receiver of single photons is optically coupled to the fifth output of the spectral filter.
RU2022111207A 2022-04-25 Quantum distribution device for a cryptographic key with frequency coding RU2784023C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2784023C1 true RU2784023C1 (en) 2022-11-23

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7227955B2 (en) * 2003-02-07 2007-06-05 Magiq Technologies, Inc. Single-photon watch dog detector for folded quantum key distribution system
US7266304B2 (en) * 2000-12-12 2007-09-04 France Telecom System for secure optical transmission of binary code
RU2454810C1 (en) * 2010-11-24 2012-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" ("НИУ ИТМО") Device of quantum distribution of cryptographic key on modulated radiation frequency subcarrier
RU2692431C1 (en) * 2018-07-03 2019-06-24 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Device for quantum sending of a cryptographic key with frequency coding

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7266304B2 (en) * 2000-12-12 2007-09-04 France Telecom System for secure optical transmission of binary code
US7227955B2 (en) * 2003-02-07 2007-06-05 Magiq Technologies, Inc. Single-photon watch dog detector for folded quantum key distribution system
RU2454810C1 (en) * 2010-11-24 2012-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" ("НИУ ИТМО") Device of quantum distribution of cryptographic key on modulated radiation frequency subcarrier
RU2692431C1 (en) * 2018-07-03 2019-06-24 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Device for quantum sending of a cryptographic key with frequency coding

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10951324B2 (en) Transmitter for a quantum communication system, a quantum communication system and a method of generating intensity modulated photon pulses
EP3512154B1 (en) Encoding apparatus, and quantum key distribution device and system based on same
RU2454810C1 (en) Device of quantum distribution of cryptographic key on modulated radiation frequency subcarrier
US9523867B2 (en) Off quadrature biasing of Mach Zehnder modulator for improved OSNR performance
US5101291A (en) Optical frequency conversion device
US6014390A (en) Tunable transmitter with Mach-Zehnder modulator
CN113098618B (en) Optical generation method of dual-band phase coding signal
CN103490821B (en) A kind of light single side band polarization modulation method and device
RU2692431C1 (en) Device for quantum sending of a cryptographic key with frequency coding
EP0928079A1 (en) Optical transmitter
US11139894B2 (en) Data transmission on phase components of an optical carrier by direct modulation of reflectors of a laser
CN109981182A (en) A kind of four phase reflection formula coherent optical communication systems
JPH09275378A (en) Optical add/drop multiplexer using high speed polarized wave scrambler and optical add/drop multiplex method
CN111147145A (en) Large-key space chaotic optical communication transceiver
RU2784023C1 (en) Quantum distribution device for a cryptographic key with frequency coding
Li et al. Photonic generation of microwave binary digital modulation signal with format agility and parameter tunability
RU2784025C1 (en) Device for quantum sending of a cryptographic key with frequency coding
JP6456489B2 (en) Dummy light generation device, optical transmission device, and dummy light generation method
US10425166B2 (en) Optical transmitter, optical transmission apparatus, and optical modulation method
CN112098951A (en) Baseband noise-free double-frequency phase coding pulse optical generation method capable of inhibiting power periodic fading
CN114337824B (en) Polarization insensitive microwave photon link system and implementation method
US7031619B2 (en) Method and system for dispersion control of electromagnetic signals in communication networks
KR102576065B1 (en) Generation of optical pulses with controlled distribution of quadrature component values
US20140119725A1 (en) Optical transmission system and control method
KR100584384B1 (en) Optical duo-binary transmitter using polarization modulator