Разработка может заметно удешевить создание массовых сетей квантового распределения ключа (КРК), что сделает их доступными для более широкого круга пользователей. Работа ученых также позволит использовать для КРК инфраструктуру обычных оптоволоконных линий связи.
Предложена модификация системы квантового шифрования

Квантовое распределение ключей шифрования — его еще иногда называют квантовым шифрованием — это один из самых надежных способов кодирования информации сегодня. В качестве переносчика информации в системе КРК используется квантовое излучение, сигнал которого очень сложно перехватить злоумышленникам.

«В квантовом распределении ключей, как правило, используется ослабленный лазерный свет со средним числом фотонов меньше единицы, — рассказывает научный сотрудник факультета фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО Эдуард Самсонов, — у такого света есть фундаментальные особенности — так называемые квантовые эффекты, которые не дают возможности третьей стороне вклиниться в канал и считать информацию, оставшись при этом незамеченной».

Спрос на системы квантового распределения ключей шифрования растет постоянно. Однако на пути его массового внедрения стоит проблема: для таких систем передачи данных нужно очень сложное и дорогое оборудование. Кроме того, для создания таких систем с трудом можно использовать уже существующую инфраструктуру оптоволоконной связи. Недавно сотрудники Университета ИТМО опубликовали работу, в которой предложили путь решения этой проблемы.

Ученые Университета ИТМО разработали систему КРК с компактным когерентным детектором на основе протокола квантового распределения ключа на боковых частотах, над которым исследователи из Петербурга работают уже довольно долго. Работа ученых опубликована в журнале Scientific Reports.

Основной особенностью протокола является способ формирования состояний с использованием электрооптического фазового модулятора. «То есть если у вас излучение идет на определенной оптической частоте, то в результате фазовой модуляции формируются боковые частоты, которые несут информацию о фазе передаваемого сигнала. Если индекс модуляции слабый, то и световое излучение на таких боковых частотах будет слабым», — объясняет Самсонов.

Главным достижением ученые считают разработку уникального метода когерентного приема именно для такой системы. В его основе лежит использование несущей оптической частоты, которая сама по себе не несет информации, но которую можно использовать в качестве опорной для регистрации фазы слабого сигнала с боковых частот.

Фактически ученые предлагают поставить еще один модулятор, подобный тому, что создал изначальный сигнал на боковых частотах, но с увеличенным индексом модуляции, и снова провести через него сигнал. Таким образом вновь создаются дополнительные боковые частоты, которые взаимодействуют с теми, что пришли от передатчика. При конструктивной интерференции большая часть излучения окажется на боковых частотах и, наоборот, при деструктивной большая часть излучение окажется на центральной частоте, что может быть зарегистрировано балансным детектором.

При этом в такой системе сохраняется надежность и защищенность квантового распределения ключей шифрования. Исследователи построили математическую модель предложенной схемы, которая хорошо согласуется с экспериментальными данными, и предложили анализ устойчивости разработанного протокола к коллективным атакам.

Материал предоставлен пресс-службой Университета ИТМО