Российские исследователи выяснили, как можно модифицировать системы квантового шифрования с компактным детектором. Технология позволит снизить стоимость и увеличить доступность массовых сетей квантового распределения ключа (КРК). Для этого можно использовать инфраструктуру обычных оптоволоконных линий связи. Статья ученых опубликована в журнале Scientific Reports.

Квантовое распределение ключей шифрования или просто квантовое шифрование — один из самых надежных известных способов кодирования информации. В сети с такой технологией в качестве переносчика информации применяется квантовый сигнал, который очень сложно перехватить злоумышленникам.

«Для создания квантового распределения ключей, как правило, применяется ослабленный лазерный свет, среднее число фотонов в котором менее единицы, — говорит один из исследователей, научный сотрудник факультета фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО Эдуард Самсонов. — Такое излучение имеет фундаментальные особенности — квантовые эффекты, — которые не позволяют третьей стороне вклиниться в канал, считать информацию и остаться при этом незамеченным».

Спрос на системы квантового распределения ключей шифрования растет постоянно. Однако у такой технологии есть свои проблемы. В частности, для таких систем передачи данных необходимо очень сложное и дорогое оборудование. Кроме того, для создания таких систем возможностей существующей инфраструктуры оптоволоконной связи оказывает недостаточно.

Исследователи Университета ИТМО теперь нашли путь решения этой проблемы. Они разработали систему КРК с компактным детектором когерентного излучения. Она использует протокол квантового распределения ключа на боковых — расположенных по обе части от несущей — частотах.

Главная особенность протокола — это способ формирования состояний с использованием электрооптического фазового модулятора. То есть, если излучение распространяется на определенной оптической частоте, то в результате фазовой модуляции могут сформироваться боковые частоты, которые несут информацию о фазе передаваемого сигнала. Если индекс модуляции слабый, то и световое излучение на таких боковых частотах будет слабым.

Фактически ученые поставили еще один модулятор, подобный тому, что создал изначальный сигнал на боковых частотах, однако обладающий увеличенным индексом модуляции. Сигнал проходит через этот модулятор снова, в результате чего снова создаются дополнительные боковые частоты, которые взаимодействуют с теми, что пришли от передатчика. При интерференции доля излучения на боковых частотах будет изменять в зависимости от ее характера, что можно зарегистрировать с помощью балансного детектора.

При этом в такой системе сохраняется надежность и защищенность квантового распределения ключей шифрования. Авторы построили математическую модель такой схемы и выяснили, что расчеты по ней хорошо согласуются с экспериментальными данными.