nguphysСибирский физический журналSIBERIAN JOURNAL OF PHYSICS2541-9447Новосибирский государственный университет10.25205/2541-9447-2018-13-4-91-104nguphys-67Research ArticleФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА, ПОЛУПРОВОДНИКОВ, НАНОСТРУКТУРSOLID-STATE AND SEMICONDUCTOR PHYSICS, PHYSICS OF NANOSTRUCTURESИсследование статистики регистрации одиночных фотонов двумя фотодетекторами для применений в квантовой криптографииInvestigation of the Statistics of Single-Photon Counting by Two Photodetectors for Applications in Quantum CryptographyТретьяковД. Б.TretyakovD. B.dtret@isp.nsc.ruКолякоА. В.KolyakoA. V.kolyako@isp.nsc.ruПлешковА. С.PleshkovA. S.pleshkov@isp.nsc.ruЭнтинВ. М.EntinV. M.ventin@isp.nsc.ruРябцевИ. И.RyabtsevI. I.ryabtsev@isp.nsc.ruНеизвестныйИ. Г.NeizvestnyI. G.neizv@isp.nsc.ruИнститут физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН; Новосибирский государственный университетРоссияA. V. Rzhanov Institute of Semiconductor Physics SB RAS; Novosibirsk State UniversityRussian FederationИнститут физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН; Новосибирский государственный университет; Институт лазерной физики СО РАНРоссияA. V. Rzhanov Institute of Semiconductor Physics SB RAS; Novosibirsk State University; Institute of Laser Physics SB RASRussian FederationИнститут физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН; Новосибирский государственный технический университетРоссияA. V. Rzhanov Institute of Semiconductor Physics SB RAS; Novosibirsk State Technical UniversityRussian Federation20182610202013491104Copyright © Третьяков Д.Б., Коляко А.В., Плешков А.С., Энтин В.М., Рябцев И.И., Неизвестный И.Г., 20202020Третьяков Д.Б., Коляко А.В., Плешков А.С., Энтин В.М., Рябцев И.И., Неизвестный И.Г.Tretyakov D.B., Kolyako A.V., Pleshkov A.S., Entin V.M., Ryabtsev I.I., Neizvestny I.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nguphys.elpub.ru/jour/article/view/67

Предложен метод обнаружения атаки с делением числа фотонов в квантово-криптографических системах связи по измерению распределения числа фотонов в лазерном импульсе. Вместо использования сложного фотодетектора, способного различать число зарегистрированных фотонов, мы предлагаем использовать два обычных однофотонных детектора на основе лавинных фотодиодов. Представлены результаты экспериментов по измерению числа фотонов в лазерном импульсе и их сравнение с теоретическими расчетами. Обсуждаются пределы применимости предложенного метода.

A method for revealing a photon-number-splitting attack in quantum-cryptographic communication systems by measuring the photon-number distribution in a laser pulse is proposed. Instead of using a complex photon-numberresolving detector, we propose to use two conventional single-photon detectors based on avalanche photodiodes. The results of experiments on measuring the photon numbers in a laser pulse and their comparison with theoretical calculations are presented. The limits of the applicability of the proposed method are discussed.

квантовая криптографияатака с делением числа фотоновдетекторы одиночных фотоновquantum cryptographyphoton-number-splitting attacksingle-photon detectorsReferencesGisin N., Ribordy G., Tittel W., Zbinden H. Quantum cryptography. Rev. of Mod. Phys., 2002, vol. 74, p. 145-195.Gisin N., Ribordy G., Tittel W., Zbinden H. Quantum cryptography. Rev. of Mod. Phys., 2002, vol. 74, p. 145-195.Wooters W. K., Zurek W. H. A Single Quantum Cannot Be Cloned. Nature, 1982, vol. 299, p. 802-803.Wooters W. K., Zurek W. H. A Single Quantum Cannot Be Cloned. Nature, 1982, vol. 299, p. 802-803.Bennet C. H., Brassard G. Quantum cryptography: public key distribution and coin tossing. In: Proc. of IEEE Inter. Conf. on Comput. Sys. and Sign. Proces. Bangalore, India, 1984, p. 175-179.Bennet C. H., Brassard G. Quantum cryptography: public key distribution and coin tossing. In: Proc. of IEEE Inter. Conf. on Comput. Sys. and Sign. Proces. Bangalore, India, 1984, p. 175-179.Bennet C. H., Bessette F., Brassard G., Salvail L. Experimental quantum cryptography. J. Cryptology, 1992, vol. 5, p. 3-28.Bennet C. H., Bessette F., Brassard G., Salvail L. Experimental quantum cryptography. J. Cryptology, 1992, vol. 5, p. 3-28.Dusek M., Haderka O., Hendrych M. Generalized beam-splitting attack in quantum cryptography with dim coherent states. Opt. Commun., 1999, vol. 169, p. 103-108.Dusek M., Haderka O., Hendrych M. Generalized beam-splitting attack in quantum cryptography with dim coherent states. Opt. Commun., 1999, vol. 169, p. 103-108.Liang L., Lin G. W., Hao Y. M., Niu Y. P., Gong S. Q. Quantum non-demolition measurement of small photon numbers using stored light. Phys. Rev. A, 2014, vol. 90, p. 055801.Liang L., Lin G. W., Hao Y. M., Niu Y. P., Gong S. Q. Quantum non-demolition measurement of small photon numbers using stored light. Phys. Rev. A, 2014, vol. 90, p. 055801.Scarani V., Acin A., Ribordy G., Gisin N. Quantum Cryptography Protocols Robust against Photon Number Splitting Attacks for Weak Laser Pulse Implementations. Phys. Rev. Lett., 2004, vol. 92, p. 057901.Scarani V., Acin A., Ribordy G., Gisin N. Quantum Cryptography Protocols Robust against Photon Number Splitting Attacks for Weak Laser Pulse Implementations. Phys. Rev. Lett., 2004, vol. 92, p. 057901.Acin A., Gisin N., Scarani V. Coherent-pulse implementations of quantum cryptography protocols resistant to photon-number-splitting attacks. Phys. Rev. A, 2004, vol. 69, p. 012309.Acin A., Gisin N., Scarani V. Coherent-pulse implementations of quantum cryptography protocols resistant to photon-number-splitting attacks. Phys. Rev. A, 2004, vol. 69, p. 012309.Stucki D., Brunner N., Gisin N., Scarani V., Zbinden H. Fast and simple one-way quantum key distribution. Appl. Phys. Lett., 2005, vol. 87, p. 194108.Stucki D., Brunner N., Gisin N., Scarani V., Zbinden H. Fast and simple one-way quantum key distribution. Appl. Phys. Lett., 2005, vol. 87, p. 194108.Hwang Won-Young. Quantum Key Distribution with High Loss: Toward Global Secure Communication. Phys. Rev. Lett., 2003, vol. 91, p. 057901.Hwang Won-Young. Quantum Key Distribution with High Loss: Toward Global Secure Communication. Phys. Rev. Lett., 2003, vol. 91, p. 057901.Gaidash A., Egorov V., Gleim A. Revealing beam-splitting attack in a quantum cryptography system with a photon-numberresolving detector. Journal of the Optical Society of America B, 2016, vol. 33, p. 1451-1455.Gaidash A., Egorov V., Gleim A. Revealing beam-splitting attack in a quantum cryptography system with a photon-numberresolving detector. Journal of the Optical Society of America B, 2016, vol. 33, p. 1451-1455.Lita A. E., Miller A. J., Sae Woo Nam. Counting near-infrared single-photons with 95 % efficiency. Optics Express, 2008, vol. 16, p. 3032-3040.Lita A. E., Miller A. J., Sae Woo Nam. Counting near-infrared single-photons with 95 % efficiency. Optics Express, 2008, vol. 16, p. 3032-3040.Kalashnikov D. A., Si Hui Tan, Chekhova M. V., Krivitsky L. A. Accessing photon bunching with a photon number resolving multi-pixel detector. Optics Express, 2011, vol. 19, p. 9352-9363.Kalashnikov D. A., Si Hui Tan, Chekhova M. V., Krivitsky L. A. Accessing photon bunching with a photon number resolving multi-pixel detector. Optics Express, 2011, vol. 19, p. 9352-9363.Achilles D., Silberhorn C., Sliwa C., Banaszek K., Walmsley I. A. Fiber-assisted detection with photon number resolution. Optics Letters, 2003, vol. 28, p. 2387-2389.Achilles D., Silberhorn C., Sliwa C., Banaszek K., Walmsley I. A. Fiber-assisted detection with photon number resolution. Optics Letters, 2003, vol. 28, p. 2387-2389.Calsamiglia J., Barnett S. M., Lutkenhaus N. Conditional beam-splitting attack on quantum key distribution. Phys. Rev. A, 2001, vol. 65, p. 012312.Calsamiglia J., Barnett S. M., Lutkenhaus N. Conditional beam-splitting attack on quantum key distribution. Phys. Rev. A, 2001, vol. 65, p. 012312.Третьяков Д. Б., Коляко А. В., Плешков А. С., Энтин В. М., Рябцев И. И., Неизвестный И. Г. Генерация квантового ключа в однофотонных системах связи // Автометрия. 2016. Т. 52. С. 44-54.Третьяков Д. Б., Коляко А. В., Плешков А. С., Энтин В. М., Рябцев И. И., Неизвестный И. Г. Генерация квантового ключа в однофотонных системах связи // Автометрия. 2016. Т. 52. С. 44-54.Рябцев И. И., Третьяков Д. Б., Коляко А. В., Плешков А. С., Энтин В. М., Неизвестный И. Г., Латышев А. В., Асеев А. Л. Элементная база квантовой информатики II: Квантовые коммуникации с одиночными фотонами // Микроэлектроника. 2017. Т. 46. С. 131-141.Рябцев И. И., Третьяков Д. Б., Коляко А. В., Плешков А. С., Энтин В. М., Неизвестный И. Г., Латышев А. В., Асеев А. Л. Элементная база квантовой информатики II: Квантовые коммуникации с одиночными фотонами // Микроэлектроника. 2017. Т. 46. С. 131-141.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.