Исследование долговременной стабильности генерации однофотонного квантового ключа в схеме с поляризационным кодированием

Представлены экспериментальные результаты, демонстрирующие долговременную стабильность работы созданной нами атмосферной квантово-криптографической установки, использующей протокол BB84 и поля ризационное кодирование. Показано, что скорость генерации «просеянного» квантового ключа и уровень ошибочных битов в ключе оставались постоянными в течение 1 часа и равнялись 10 кбит/с и 6,5 % со ответственно при расстоянии между передатчиком и приемником, равном 20 см. Приведены теоретические зависимости скорости генерации секретного квантового ключа от коэффициента пропускания квантового ка нала для детекторов одиночных фотонов, которые использовались в данном эксперименте, и новых детекторов с пониженным уровнем темновых шумов.

1. Wooters W. K., Zurek W. H. A Single Quantum Cannot Be Cloned. Nature, 1982, vol. 299, pp. 802–803.

2. Gisin N., Ribordy G., Tittel W., Zbinden H. Quantum cryptography. Rev. of Mod. Phys., 2002, vol. 74, pp. 145–195.

3. 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, pp. 175–179.

4. Bennet C. H., Bessette F., Brassard G., Salvail L. Experimental quantum cryptography. J. Cryptology, 1992, vol. 5, pp. 3–28.

5. Boaron A. et al. Secure Quantum Key Distribution over 421 km of Optical Fiber. Phys. Rev. Lett., 2018, vol. 121, 190502.

6. Chen J.-P. et al. Sending-or-Not-Sending with Independent Lasers: Secure Twin-Field Quan tum Key Distribution over 509 km. Phys. Rev. Lett., 2020, vol. 124, 070501.

7. Liao S.-K. et al. Satellite-Relayed Intercontinental Quantum Network. Phys. Rev. Lett., 2018, vol. 120, 030501.

8. Duplinskiy A. V. et al. Quantum-Secured Data Transmission in Urban Fiber-optics Commu nication Lines. Journal of Russian Laser Research, 2018, vol. 39, p. 113.

9. Глейм А. В. и др. Многоузловая квантовая сеть на основе технологии квантовой ком муникации на боковых частотах // Проблемы техники и технологий коммуникаций: Сб. тр. XVIII Междунар. науч.-техн. конф. Казань, 2017. С. 65–66.

10. Kynev S. M., Chistyakov V. V., Smirnov S. V., Volkova K. P., Egorov V. I., Gleim A. V. Free-space subcarrier wave quantum communication. J. Phys.: Conf. Ser., 2017, vol. 917, 052003.

11. Kravtsov K. S., Radchenko I. V., Kulik S. P., Molotkov S. N. Relativistic quantum key dis tribution system with one-way quantum communication. Scientific Reports, 2018, no. 8, 6102.

12. Третьяков Д. Б., Коляко А. В., Плешков А. С., Энтин В. М., Рябцев И. И., Неиз вестный И. Г. Генерация квантового ключа в однофотонных системах связи // Авто метрия. 2016. Т. 52. С. 44–54.

13. Третьяков Д. Б., Коляко А. В., Плешков А. С., Энтин В. М., Рябцев И. И., Неиз вестный И. Г. Исследование статистики регистрации одиночных фотонов двумя фото детекторами для применений в квантовой криптографии // Сибирский физический жур нал. 2018. Т. 13, № 4. С. 91–104.

14. Buttler W. T. et al. Practical Free-Space Quantum Key Distribution over 1 km. Phys. Rev. Lett., 1998, vol. 81, no. 15, pp. 3283–3286.

15. Kurtsiefer C. et al. Quantum Cryptography: A step towards global key distribution. Nature, 2002, vol. 419, p. 450.

16. Sheng-Kai Liao et al. Satellite-to-ground quantum key distribution. Nature, 2017, vol. 549, pp. 43–47.

17. Hwang Won-Young. Quantum Key Distribution with High Loss: Toward Global Secure Communication. Phys. Rev. Lett., 2003, vol. 91, 057901.