[go: up one dir, main page]

WO2021096385A1 - Device for quantum sending of key on side frequencies - Google Patents

Device for quantum sending of key on side frequencies Download PDF

Info

Publication number
WO2021096385A1
WO2021096385A1 PCT/RU2019/000997 RU2019000997W WO2021096385A1 WO 2021096385 A1 WO2021096385 A1 WO 2021096385A1 RU 2019000997 W RU2019000997 W RU 2019000997W WO 2021096385 A1 WO2021096385 A1 WO 2021096385A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electro
optical
fiber
polarization
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2019/000997
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Семен Владимирович СМИРНОВ
Владимир Викторович ЧИСТЯКОВ
Сергей Михайлович КЫНЕВ
Алена Евгеньевна ИВАНОВА
Владимир Ильич ЕГОРОВ
Артур Викторович ГЛЕЙМ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
"quanttelecom" "quanttelecom" LLC LLC
Original Assignee
"quanttelecom" "quanttelecom" LLC LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by "quanttelecom" "quanttelecom" LLC LLC filed Critical "quanttelecom" "quanttelecom" LLC LLC
Publication of WO2021096385A1 publication Critical patent/WO2021096385A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2507Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
    • H04B10/2572Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to forms of polarisation-dependent distortion other than PMD
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0852Quantum cryptography
    • H04L9/0858Details about key distillation or coding, e.g. reconciliation, error correction, privacy amplification, polarisation coding or phase coding

Definitions

  • the present invention relates to optical communication technology, namely, photonic quantum communication systems.
  • a transmitting device connected by means of a fiber-optic communication line, including a source of monochromatic radiation, an electro-optical phase modulator and an attenuator located in series along the propagation of radiation, and 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 shift device is connected to the output of the RF signal generator, and the receiving device including an electro-optical phase modulator, the output of which is optically coupled to a spectral filter, which is optically coupled to a classical radiation receiver and a single photon detector, the control input of the electro-optical phase modulator is connected to the output of the device phase shift, to the input of which the output of the RF signal generator is connected, the fiber-optic communication line is optically coupled with the attenuator of the transmit
  • Standard optical fiber used in fiber-optic communication lines exhibits birefringence, which is random in nature, including randomly depending on time.
  • Electro-optical phase modulators used in fiber communication lines are sensitive to radiation polarization in a large number of cases.
  • the sender unit can unambiguously inject phase into the signal directly emitted by its laser.
  • the polarization state may change unpredictably.
  • the state of polarization can randomly depend on time.
  • the electro-optical phase modulator in the receiver unit is also sensitive to the state of polarization of the radiation passing through it, the result of signal modulation from its side may randomly depend on time. Taking these circumstances into account, the presented device has the following disadvantages: a high rate of quantum errors, a low transmission rate of a secret cryptographic key and a low degree of security of a secret cryptographic key.
  • a device for quantum distribution of a cryptographic key in which a polarization distortion compensation unit is implemented [Patent RU 2454810 C1].
  • the polarization distortion compensation unit is made of two electro-optical phase modulators located along the radiation path, 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 with the output of the second electro-optical phase modulator, after the modulators along In the course of radiation, a Faraday mirror is installed, which is optically coupled with the input of the second electro-optical phase modulator.
  • the presented device also has disadvantages. With a double pass of radiation in the polarization distortion compensation unit, losses are introduced, which, in turn, leads to an increase in the quantum error rate and to a decrease in the key distribution range.
  • the present invention solves the problem of reducing the quantum error rate, increasing the transmission rate of the secret cryptographic key and increasing the security of the secret cryptographic key by compensating for fiber birefringence and the polarization sensitivity of the modulator in the quantum key distribution system at modulated radiation subcarriers.
  • the task is solved in the following way.
  • the new technical implementation of the receiver unit of the photonic quantum coupling device allows to reduce the rate of quantum errors by reducing losses in the polarization distortion compensation unit.
  • the structure of the receiving unit between the electro-optical phase modulator and the spectral filter includes: a fiber polarizing beam splitter, a second electro-optical phase modulator, and fiber polarizing connector.
  • the photonic quantum communication device is shown in the figure, 1 - laser, 2 - fiber optical isolator, 3, 6, 7 - electro-optical phase modulator, 4 - fiber optical attenuator, 5 - electronic control and synchronization unit of the sender unit, quantum channel - quantum communication channel , 8 - fiber polarizing beam splitter, 9 - fiber polarization connector, 10 - fiber spectral filter, 11 - single photon detector, 12 - electronic control and synchronization unit of the receiver unit, 13 - quantum channel for transmission of single photons, 14 - channel for transmission of classical synchronization signal from the radio-electronic unit of the transmitter to the radio-electronic unit of the receiver, 15 is an open communication channel for classical communication between the radio-electronic units of the receiver and the transmitter.
  • a fiber polarization beam splitter is installed in the polarization distortion compensation unit in the receiving device, the ports of which are coupled with two electro-optical phase modulators located along the radiation path, after which the modulated radiation is connected by means of a fiber polarization connector.
  • a sender unit may be called a transmitter, and a receiver unit may also be called a receiver, a receiver, or a receiver unit.
  • the principle of operation of the device monochromatic radiation with a carrier frequency, generated by a source of monochromatic radiation, passing through a fiber optical isolator, enters an electro-optical modulator, where a light field is created at subcarriers with an arbitrarily specified phase offset relative to the phase of the carrier frequency.
  • the phase offset is set in the electronic control and synchronization unit from a set of four basic states (for example, 0 °, 90 °, 180 °, 270 °) in two orthogonal bases.
  • the phase offset contains the information transmitted from the transmitter to the receiver using single-photon states.
  • the radiation enters the attenuator, where it is attenuated to the level specified by the protocol (for example, 0.2 photons per phase modulation clock in total at the side frequencies).
  • the radiation After passing through the quantum channel, the radiation enters the receiver unit and enters the polarization distortion compensation unit.
  • the fundamental principle of this polarization distortion compensation unit is the separation of the signal coming from the communication line into two orthogonal polarization components for subsequent modulation of each polarization mode directly. This is achieved through the use of a 50/50 polarizing fiber beam splitter.
  • the use of special polarization-preserving fibers in this device reduces the risk of polarization reversal of the separated signals.
  • connection of the polarizing beam splitter and the electro-optical modulators is performed in such a way that the polarization axes of the radiation emerging from the polarizing beam splitter coincide with the axes of the crystals of the electro-optical modulators. After re-modulation, interference occurs between the two states of the photon at the subcarriers created in the sender and receiver.
  • the radiation is collected by a fiber polarizing connector into one fiber and enters the spectral filter, where it is cleaned of the rest of the spectral components.
  • the result of interference at subcarriers, passing through a spectral filter is recorded using a single photon detector and processed in the electronic control and synchronization unit of the receiver unit.
  • the electronic units of the sender and receiver on the basis of the collected data, carry out a procedure for forming symmetric bit sequences, which includes the stage of sifting along the bases, in which the detector triggers that occurred during phase modulation in different bases are discarded, the formation a raw bit sequence based on the numbers of the bases in the time intervals when constructive interference occurred, the calculation of the error rate and the procedure for cleaning from errors and enhancing the secrecy.
  • electronic control and synchronization units provide synchronous operation of the sender and receiver units through the optical synchronization channel.
  • the technical problem of the proposed device is to reduce the quantum error rate by reducing losses in the polarization distortion compensation unit.
  • the technical result of the proposed device is to increase the maximum transmission range of quantum states.
  • the technical result is achieved by the fact that the receiver contains a fiber
  • FIXED SHEET (RULE 91.1) a polarizing beam splitter, a second electro-optical modulator (when compared with known devices) and a fiber polarizing connector, i.e. is achieved by the fact that the receiving device contains an electro-optical modulation unit with compensation for polarization distortions, which contains a fiber polarizing beam splitter, two electro-optical phase modulators connected to two ports of the fiber polarizing beam splitter, and a fiber polarizing connector connected to two electro-optical phase modulators.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

The invention relates to optical communications, more particularly to photonic quantum communication systems. The technical problem addressed by the claimed device consists in decreasing the quantum error coefficient by reducing losses in a polarisation distortion compensation unit. The technical result of the claimed device consists in increasing the maximum distance for transferring quantum states. The technical result is achieved in that a receiving device comprises an electro-optical modulation unit with polarisation distortion compensation, which unit comprises a fibre polarisation beam splitter, two electro-optical phase modulators connected to two ports of the fibre polarisation beam splitter, and a fibre polarisation connector connected to the two electro-optical phase modulators.

Description

УСТРОЙСТВО КВАНТОВОЙ РАССЫЛКИ КЛЮЧА НА БОКОВЫХ ЧАСТОТАХ SIDE FREQUENCY QUANTUM KEY DISTRIBUTOR

Настоящее изобретение относится к технике оптической связи, а именно к системам фотонной квантовой связи. The present invention relates to optical communication technology, namely, photonic quantum communication systems.

Известно устройство квантовой рассылки симметричных битовых последовательностей [Патент США 627 22 24 В1, дата приоритета 07.04.2001. МКИ: H04L 9/08; Н04К 1/00], содержащее соединенные посредством волоконно-оптической линии связи передающее устройство, включающее расположенные последовательно по ходу распространения 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, выход которого оптически сопряжен со спектральным фильтром, который оптически сопряжен с приемником классического излучения и детектором одиночных фотонов, управляющий вход электрооптического фазового модулятора соединен с выходом устройства сдвига фазы, к входу которого подключен выход генератора радиочастотного сигнала, волоконно-оптическая линия связи оптически сопряжена с аттенюатором передающего устройства и с входом электрооптического фазового модулятора приемного устройства, устройство содержит блок синхронизации, первый и второй выходы которого соединены с входами генератора радиочастотного сигнала приемного и передающего устройств соответственно, а также блок управления фазовым сдвигом, первый и второй выходы которого соединены с синхронизационными входами устройства сдвига фазы приемного и передающего устройств соответственно. Known device for quantum distribution of symmetric bit sequences [US Patent 627 22 24 B1, priority date 07.04.2001. MKI: H04L 9/08; Н04К 1/00], containing a transmitting device connected by means of a fiber-optic communication line, including a source of monochromatic radiation, an electro-optical phase modulator and an attenuator located in series along the propagation of radiation, and 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 shift device is connected to the output of the RF signal generator, and the receiving device including an electro-optical phase modulator, the output of which is optically coupled to a spectral filter, which is optically coupled to a classical radiation receiver and a single photon detector, the control input of the electro-optical phase modulator is connected to the output of the device phase shift, to the input of which the output of the RF signal generator is connected, the fiber-optic communication line is optically coupled with the attenuator of the transmitting device and with the input of the electro-optical phase module torus of the receiving device, the device contains a synchronization unit, the first and second outputs of which are connected to the inputs of the RF signal generator of the receiving and transmitting devices, respectively, as well as a phase shift control unit, the first and second outputs of which are connected to the synchronization inputs of the phase shifting device of the receiving and transmitting devices, respectively ...

Стандартное оптическое волокно, используемое в волоконно-оптических линиях связи, обладает двулучепреломлением, которое носит случайный характер, в том числе зависит случайным образом от времени. Электрооптические фазовые модуляторы, используемые в волоконных линиях связи, в большом числе случаев чувствительны к поляризации излучения. Блок отправителя может однозначно ввести фазу в сигнал, непосредственно излучаемый его лазером. Однако при передаче этого сигнала по длинному волокну к блоку получателя состояние поляризации может непредсказуемо измениться. Кроме того, состояние поляризации может случайным образом зависеть от времени. Поскольку электрооптический фазовый модулятор в блоке получателя также чувствителен к состоянию поляризации проходящего через него излучения, результат модуляции сигнала с его стороны может случайно зависеть от времени. С учетом этих обстоятельств представленное устройство обладает следующими недостатками: высокий коэффициент квантовых ошибок, низкая скорость передачи секретного криптографического ключа и низкая степень защищенности секретного криптографического ключа. Standard optical fiber used in fiber-optic communication lines exhibits birefringence, which is random in nature, including randomly depending on time. Electro-optical phase modulators used in fiber communication lines are sensitive to radiation polarization in a large number of cases. The sender unit can unambiguously inject phase into the signal directly emitted by its laser. However, when this signal is transmitted over a long fiber to the receiver unit, the polarization state may change unpredictably. In addition, the state of polarization can randomly depend on time. Since the electro-optical phase modulator in the receiver unit is also sensitive to the state of polarization of the radiation passing through it, the result of signal modulation from its side may randomly depend on time. Taking these circumstances into account, the presented device has the following disadvantages: a high rate of quantum errors, a low transmission rate of a secret cryptographic key and a low degree of security of a secret cryptographic key.

Известно устройство квантовой рассылки криптографического ключа, в котором реализован блок компенсации поляризационных искажений [Патент RU 2454810 С1]. В приемном устройстве блок компенсации поляризационных искажений 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. A device for quantum distribution of a cryptographic key is known, in which a polarization distortion compensation unit is implemented [Patent RU 2454810 C1]. In the receiving device, the polarization distortion compensation unit is made of two electro-optical phase modulators located along the radiation path, 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 with the output of the second electro-optical phase modulator, after the modulators along In the course of radiation, a Faraday mirror is installed, which is optically coupled with the input of the second electro-optical phase modulator.

Представленное устройство также имеет недостатки. При двойном проходе излучения в блоке компенсации поляризационных искажений вносятся потери, что, в свою очередь, ведет к повышению коэффициента квантовых ошибок и к уменьшению дальности рассылки ключа. The presented device also has disadvantages. With a double pass of radiation in the polarization distortion compensation unit, losses are introduced, which, in turn, leads to an increase in the quantum error rate and to a decrease in the key distribution range.

Настоящее изобретение решает задачу понижения коэффициента квантовых ошибок, повышения скорости передачи секретного криптографического ключа и повышения степени защищенности секретного криптографического ключа посредством компенсации двулучепреломления волокна и поляризационной чувствительности модулятора в системе квантовой рассылки ключа на поднесущих частотах модулированного излучения. The present invention solves the problem of reducing the quantum error rate, increasing the transmission rate of the secret cryptographic key and increasing the security of the secret cryptographic key by compensating for fiber birefringence and the polarization sensitivity of the modulator in the quantum key distribution system at modulated radiation subcarriers.

Поставленная задача решается следующим образом. Новая техническая реализация блока приемника устройства фотонной квантовой связи позволяет снизить коэффициент квантовых ошибок за счет понижения потерь в блоке компенсации поляризационных искажений. В состав приемного блока между электрооптическим фазовым модулятором и спектральным фильтром введены: волоконный поляризационный светоделитель, второй электрооптический фазовый модулятор и волоконный поляризационный соединитель. Устройство фотонной квантовой связи представлено на фигуре, 1 - лазер, 2 - волоконный оптический изолятор, 3, 6, 7 — электрооптический фазовый модулятор, 4 - волоконный оптический аттенюатор, 5 - радиоэлектронный блок управления и синхронизации блока отправителя, квантовый канал - квантовый канал связи, 8 - волоконный поляризационный светоделитель, 9 - волоконный поляризационный соединитель, 10 - волоконный спектральный фильтр, 11 - детектор одиночных фотонов, 12 - радиоэлектронный блок управления и синхронизации блока получателя, 13 - квантовый канал для передачи одиночных фотонов, 14 - канал для передачи классического сигнала синхронизации от радиоэлектронного блока передатчика к радиоэлектронному блоку приемника, 15 - открытый канал связи для классической коммуникации между радиоэлектронными блоками приемника и передатчика. The task is solved in the following way. The new technical implementation of the receiver unit of the photonic quantum coupling device allows to reduce the rate of quantum errors by reducing losses in the polarization distortion compensation unit. The structure of the receiving unit between the electro-optical phase modulator and the spectral filter includes: a fiber polarizing beam splitter, a second electro-optical phase modulator, and fiber polarizing connector. The photonic quantum communication device is shown in the figure, 1 - laser, 2 - fiber optical isolator, 3, 6, 7 - electro-optical phase modulator, 4 - fiber optical attenuator, 5 - electronic control and synchronization unit of the sender unit, quantum channel - quantum communication channel , 8 - fiber polarizing beam splitter, 9 - fiber polarization connector, 10 - fiber spectral filter, 11 - single photon detector, 12 - electronic control and synchronization unit of the receiver unit, 13 - quantum channel for transmission of single photons, 14 - channel for transmission of classical synchronization signal from the radio-electronic unit of the transmitter to the radio-electronic unit of the receiver, 15 is an open communication channel for classical communication between the radio-electronic units of the receiver and the transmitter.

В блок компенсации поляризационных искажений в приемном устройстве установлен волоконный поляризационный светоделитель, порты которого сопряжены с двумя расположенными по ходу излучения электрооптическими фазовыми модуляторами, после чего промодулированное излучение соединяется посредством волоконного поляризационного соединителя. A fiber polarization beam splitter is installed in the polarization distortion compensation unit in the receiving device, the ports of which are coupled with two electro-optical phase modulators located along the radiation path, after which the modulated radiation is connected by means of a fiber polarization connector.

Необходимо отметить, что в настоящем раскрытии блок отправителя может быть назван передающим устройством, а блок приемника может быть также назван приемником, приемным устройством или блоком получателя. It should be noted that in the present disclosure, a sender unit may be called a transmitter, and a receiver unit may also be called a receiver, a receiver, or a receiver unit.

Принцип работы устройства: монохроматическое излучение с несущей частотой, генерируемое источником монохроматического излучения, пройдя через волоконный оптический изолятор, поступает в электрооптический модулятор, где создается световое поле на поднесущих частотах с произвольно заданной фазовой отстройкой относительно фазы несущей частоты. Фазовая отстройка задаётся в радиоэлектронном блоке управления и синхронизации из набора четырех базисных состояний (например 0°, 90°, 180°, 270°) в двух ортогональных базисах. Величина фазовой отстройки содержит информацию, передаваемую от передатчика к приемнику с помощью однофотонных состояний. Далее излучение попадает в аттенюатор, где оно ослабляется до уровня, заданного протоколом (например 0,2 фотона на такт фазовой модуляции суммарно на боковых частотах). Пройдя через квантовый канал, излучение поступает в блок получателя и попадает в блок компенсации поляризационных искажений. Основополагающим принципом данного блока компенсации поляризационных искажений является разделение сигнала, пришедшего из линии связи, на две ортогональные компоненты поляризации для последующей модуляции непосредственно каждой поляризационной моды. Это достигается за счет использования волоконного поляризационного светоделителя с коэффициентом деления 50/50. Использование в данном устройстве специальных волокон, сохраняющих поляризацию, снижает риск изменения поляризации разделенных сигналов. Соединение поляризационного светоделителя и электрооптических модуляторов выполняется таким образом, что оси поляризации излучения, выходящего из поляризационного светоделителя, совпадают с осями кристаллов электрооптических модуляторов. После повторной модуляции происходит интерференция двух состояний фотона на поднесущих частотах, созданных в отправителе и приемнике. The principle of operation of the device: monochromatic radiation with a carrier frequency, generated by a source of monochromatic radiation, passing through a fiber optical isolator, enters an electro-optical modulator, where a light field is created at subcarriers with an arbitrarily specified phase offset relative to the phase of the carrier frequency. The phase offset is set in the electronic control and synchronization unit from a set of four basic states (for example, 0 °, 90 °, 180 °, 270 °) in two orthogonal bases. The phase offset contains the information transmitted from the transmitter to the receiver using single-photon states. Further, the radiation enters the attenuator, where it is attenuated to the level specified by the protocol (for example, 0.2 photons per phase modulation clock in total at the side frequencies). After passing through the quantum channel, the radiation enters the receiver unit and enters the polarization distortion compensation unit. The fundamental principle of this polarization distortion compensation unit is the separation of the signal coming from the communication line into two orthogonal polarization components for subsequent modulation of each polarization mode directly. This is achieved through the use of a 50/50 polarizing fiber beam splitter. The use of special polarization-preserving fibers in this device reduces the risk of polarization reversal of the separated signals. The connection of the polarizing beam splitter and the electro-optical modulators is performed in such a way that the polarization axes of the radiation emerging from the polarizing beam splitter coincide with the axes of the crystals of the electro-optical modulators. After re-modulation, interference occurs between the two states of the photon at the subcarriers created in the sender and receiver.

Далее излучение собирается волоконным поляризационным соединителем в одно волокно и попадает в спектральный фильтр, где оно очищается от остальных спектральных составляющих. После спектральной очистки результат интерференции на поднесущих частотах, пройдя через спектральный фильтр, регистрируется с помощью детектора одиночных фотонов и обрабатывается в радиоэлектронном блоке управления и синхронизации блока получателя. Далее, в соответствии с протоколом, на основе собранных данных радиоэлектронные блоки отправителя и получателя, используя открытый канал, производят процедуру формирования симметричных битовых последовательностей, которая включает этап просеивания по базисам, при котором отбрасываются срабатывания детектора, произошедшие при фазовой модуляции в разных базисах, формирование сырой битовой последовательности на основании номеров базисов во временных интервалах, когда произошла конструктивная интерференция, расчет коэффициента ошибок и процедуру очистки от ошибок и усиления секретности. Также радиоэлектронные блоки управления и синхронизации обеспечивают синхронную работу блоков отправителя и получателя через оптический канал синхронизации. Then the radiation is collected by a fiber polarizing connector into one fiber and enters the spectral filter, where it is cleaned of the rest of the spectral components. After spectral cleaning, the result of interference at subcarriers, passing through a spectral filter, is recorded using a single photon detector and processed in the electronic control and synchronization unit of the receiver unit. Further, in accordance with the protocol, on the basis of the collected data, the electronic units of the sender and receiver, using an open channel, carry out a procedure for forming symmetric bit sequences, which includes the stage of sifting along the bases, in which the detector triggers that occurred during phase modulation in different bases are discarded, the formation a raw bit sequence based on the numbers of the bases in the time intervals when constructive interference occurred, the calculation of the error rate and the procedure for cleaning from errors and enhancing the secrecy. Also, electronic control and synchronization units provide synchronous operation of the sender and receiver units through the optical synchronization channel.

Техническая задача заявляемого устройства заключается в уменьшении коэффициента квантовых ошибок за счет снижения потерь в блоке компенсации поляризационных искажений. Технический результат заявляемого устройства заключается в увеличении максимальной дальности передачи квантовых состояний. Технический результат достигается тем, что в состав приемника введен волоконный The technical problem of the proposed device is to reduce the quantum error rate by reducing losses in the polarization distortion compensation unit. The technical result of the proposed device is to increase the maximum transmission range of quantum states. The technical result is achieved by the fact that the receiver contains a fiber

4 four

ISA/RU ISA / RU

ИСПРАВЛЕННЫЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 91.1) поляризационный светоделитель, второй электрооптический модулятор (если сравнивать с известными устройствами) и волоконный поляризационный соединитель, т.е. достигается тем, что приемное устройство содержит блок электрооптической модуляции с компенсацией поляризационных искажений, который содержит волоконный поляризационный светоделитель, два электрооптических фазовых модулятора, подключенные к двум портам волоконного поляризационного светоделителя, и волоконный поляризационный соединитель, подключенный к двум электрооптическим фазовым модуляторам. FIXED SHEET (RULE 91.1) a polarizing beam splitter, a second electro-optical modulator (when compared with known devices) and a fiber polarizing connector, i.e. is achieved by the fact that the receiving device contains an electro-optical modulation unit with compensation for polarization distortions, which contains a fiber polarizing beam splitter, two electro-optical phase modulators connected to two ports of the fiber polarizing beam splitter, and a fiber polarizing connector connected to two electro-optical phase modulators.

Настоящее изобретение не ограничено конкретными вариантами, раскрытыми в описании в иллюстративных целях, и охватывает все возможные модификации и альтернативы, входящие в объём настоящего изобретения, определённый формулой изобретения. The present invention is not limited to the specific variants disclosed in the description for illustrative purposes, and covers all possible modifications and alternatives falling within the scope of the present invention defined by the claims.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM 1. Устройство для передачи квантовых состояний с блоком компенсации поляризационных искажений, содержащее передающее устройство, которое содержит источник монохроматического излучения, волоконный оптический изолятор, подключенный к источнику монохроматического излучения, электрооптический фазовый модулятор, подключенный к волоконному оптическому изолятору, оптический аттенюатор, подключенный к электрооптическому фазовому модулятору, и радиоэлектронный блок управления и синхронизации, подключенный к электрооптическому фазовому модулятору, и приемное устройство, которое содержит спектральный фильтр, подключенный к блоку электрооптической модуляции с компенсацией поляризационных искажений, детектор одиночных фотонов, подключенный к спектральному фильтру, причем приемное устройство соединено с передающим устройством посредством квантового канала, канала синхронизации и открытого канала, причем приемное устройство также содержит блок электрооптической модуляции с компенсацией поляризационных искажений, который содержит волоконный поляризационный светоделитель, два электрооптических фазовых модулятора, подключенных к двум портам волоконного поляризационного светоделителя, и волоконный поляризационный соединитель, подключенный к двум электрооптическим фазовым модуляторам. 1. A device for transferring quantum states with a polarization distortion compensation unit containing a transmitting device that contains a source of monochromatic radiation, a fiber optical isolator connected to a monochromatic radiation source, an electro-optical phase modulator connected to a fiber optical isolator, an optical attenuator connected to an electro-optical phase modulator, and an electronic control and synchronization unit connected to the electro-optical phase modulator, and a receiving device that contains a spectral filter connected to an electro-optical modulation unit with polarization distortion compensation, a single photon detector connected to a spectral filter, and the receiving device is connected to the transmitting device via a quantum channel, a synchronization channel and an open channel, and the receiving device also contains an electro-optical modulation unit with compensation for polarization x distortion, which contains a fiber polarizing beam splitter, two electro-optical phase modulators connected to two ports of the fiber polarizing beam splitter, and a fiber polarizing coupler connected to two electro-optical phase modulators. 2. Устройство по п. 1, в котором радиоэлектронный блок управления и синхронизации выполнен с возможностью задавать фазовую отстройку из набора четырех базисных состояний в двух ортогональных базисах. 2. The device according to claim. 1, in which the electronic control and synchronization unit is configured to set the phase offset from a set of four basic states in two orthogonal bases. 3. Устройство по п. 1, в котором оптический аттенюатор выполнен с возможностью ослабления излучения до уровня, заданного протоколом на такт фазовой модуляции суммарно на боковых частотах. 3. The device according to claim 1, in which the optical attenuator is configured to attenuate radiation to a level specified by the protocol per phase modulation clock in total at the side frequencies. 4. Устройство по п. 1, в котором волоконный поляризационный светоделитель блока электрооптической модуляции с компенсацией поляризационных искажений имеет коэффициент деления 50/50 для разделения сигнала, пришедшего из линии связи, на две ортогональные компоненты поляризации. 4. The device according to claim 1, in which the fiber polarizing beam splitter of the electro-optical modulation unit with compensation for polarization distortion has a division ratio of 50/50 for dividing the signal coming from the communication line into two orthogonal polarization components.
PCT/RU2019/000997 2019-11-12 2019-12-23 Device for quantum sending of key on side frequencies Ceased WO2021096385A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019136312 2019-11-12
RU2019136312A RU2747164C1 (en) 2019-11-12 2019-11-12 Device for quantum key distribution at side frequencies which is resistant to polarization distortions of signal in fiber-optic communication lines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021096385A1 true WO2021096385A1 (en) 2021-05-20

Family

ID=75850810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2019/000997 Ceased WO2021096385A1 (en) 2019-11-12 2019-12-23 Device for quantum sending of key on side frequencies

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2747164C1 (en)
WO (1) WO2021096385A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024248660A1 (en) * 2023-06-01 2024-12-05 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Receiving unit module for quantum key distribution system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2622985C1 (en) * 2015-12-09 2017-06-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Device of quantum cryptography (versions)
RU2671620C1 (en) * 2016-12-29 2018-11-02 Общество с ограниченной ответственностью "Международный центр квантовой оптики и квантовых технологий" (ООО "МЦКТ") High-speed autocompensation scheme of quantum key distribution

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2763193B1 (en) * 1997-05-06 1999-06-18 France Telecom METHOD AND DEVICE FOR QUANTUM DISTRIBUTION OF ENCRYPTION KEY

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2622985C1 (en) * 2015-12-09 2017-06-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Device of quantum cryptography (versions)
RU2671620C1 (en) * 2016-12-29 2018-11-02 Общество с ограниченной ответственностью "Международный центр квантовой оптики и квантовых технологий" (ООО "МЦКТ") High-speed autocompensation scheme of quantum key distribution

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.V. GLEIM ET AL.: "Secure polarization-independent subcarrier quantum key distribution in optical fiber channel using BB84 protocol with a strong reference", OPTICS EXPRESS, 2 February 2016 (2016-02-02), XP055822647, Retrieved from the Internet <URL:https://www.osapublishing.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-24-3-2619&id=335983> [retrieved on 20200717] *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2747164C1 (en) 2021-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11424838B2 (en) Quantum communication network
EP2175574B1 (en) Transmission system comprising a CS-RZ DPSK optical transmitter
JP4784202B2 (en) Multiplexed communication system and crosstalk elimination method thereof
Toba et al. A 100-channel optical FDM transmission/distribution at 622 Mb/s over 50 km
US5892608A (en) Optical receiver device for dark soliton lightwave
EP2874343B1 (en) Polarization-controlled encoder for uni-directional quantum key distribution over long distances
RU2454810C1 (en) Device of quantum distribution of cryptographic key on modulated radiation frequency subcarrier
US8331798B2 (en) Optical m-ary modulator
US7873282B2 (en) System, method and apparatus for polarization mode dispension compensation and demultiplexing polarization multiplexed signals
JPH09502321A (en) Key distribution system and method using quantum cryptography
JP2016144206A (en) Quantum communication system and quantum communication method
JPH08204636A (en) Optical communication system
CN112769554B (en) Noise processing system and noise processing method for quantum classical fusion transmission
US20030020985A1 (en) Receiver for high-speed optical signals
JPH11510974A (en) Dispersion compensation
CN101455018A (en) Optical communication system and method using optical channels with pairwise orthogonal relationship
WO2020140849A1 (en) Dwdm-based quantum and classical hybrid transmission system and noise processing method
RU2747164C1 (en) Device for quantum key distribution at side frequencies which is resistant to polarization distortions of signal in fiber-optic communication lines
CN1841969B (en) Optical communication system, transmission deterioration compensation method, optical transmission system, and optical receiver system
Du et al. Demonstration of entanglement distribution over 155 km metropolitan fiber using a silicon nanophotonic chip
JP2003158488A (en) Method and apparatus for transmitting an optical signal by polarization scrambling
Ma et al. High speed quantum key distribution over optical fiber network system
EA045447B1 (en) DEVICE FOR QUANTUM KEY DISTRIBUTION AT SIDE FREQUENCIES, RESISTANT TO POLARIZATION SIGNAL DISTORTION IN FIBER OPTICAL COMMUNICATION LINES
JP3752540B2 (en) Optical pulse separation method and optical pulse separation device
CN117478312A (en) Quantum key distribution device and method suitable for building global quantum key distribution network

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19952296

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 05.07.2022)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19952296

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1