Ученые из петербургского Университета ИТМО при участии коллег из университета Хериот-Ватт в Эдинбурге (Шотландия) представили принципиально новый подход к созданию систем квантовой связи, а также устройство, созданное на его основе. Защищенная передача однофотонных сигналов в системе при помощи разработанного метода возможна на расстояния более 250 километров, что не уступает самым современным зарубежным аналогам. Статья с результатами исследования была опубликована учеными в журнале OpticsExpress.
Для рассылки квантовых бит ученые использовали так называемые боковые частоты, что дало ряд существенных преимуществ. В частности, это ведет к существенному упрощению конструкции устройства, высокой устойчивости к внешним воздействиям и большой пропускной способности квантового канала связи. «По скорости и дальности передачи информации наша система сопоставима с абсолютными рекордами в области квантовой коммуникации», — комментирует руководитель Лаборатории квантовой информатики Артур Глейм.
Для кодирования квантовых битов лазерное излучение направляют на специальное устройство — электрооптический фазовый модулятор. В нем центральная несущая волна, исходящая от лазера, расщепляется на несколько независимых волн. После передачи по оптической линии связи в блоке получателя независимо выполняется аналогичное расщепление. От фазового сдвига созданных отправителем и получателем волн относительно друг друга будет зависеть, усилят они друг друга или погасят.
После их детектирования и обработки получаются на выходе нули и единицы, из комбинации которых состоит квантовый ключ. Именно метод кодирования квантовых бит при помощи разности фаз позволяет достичь высокой стабильности сигнала в системе.
Принципиальная возможность устойчивой передачи квантового сигнала по оптическим линиям связи является основой для последующего внедрения систем квантовой криптографии, при помощи которых в будущем будет происходить защищенная передача ключей шифрования. «При прохождении через оптоволоконный кабель все волны претерпевают непредвиденные изменения. Но эти изменения везде одинаковы, благодаря чему при повторном прохождении волн через модулятор получателя изменения нивелируются и мы имеем ту же самую комбинацию, что и у отправителя», — пояснил один из разработчиков системы Олег Банник из Университета ИТМО.
Теперь перед разработчиками стоит задача создания полноценной квантово-криптографической системы и подготовка стандартов, которые позволят осуществить ее внедрение в сотрудничестве с государственными и коммерческими структурами.
