Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование системы квантового распределения ключа с интерферометрами Маха − Цендера. Учебное пособие
.pdf
Терминологический словарь
101
Разветвитель волоконно-оптический. Fiber splitter.
Распределение ключа квантовое. Quantum key distribution.
Регистратор ключа. Key recorder.
Светоделитель поляризационный. Polarizing beam splitter.
Связь обратная распределённая. Distributed feedback.
Фотодиод лавинный однофотонный. Single avalanche photodiode.
Фотодиод лавинный. Avalanche photodiode.
Ширина спектра лазерного излучения. Full width at half maximum.
Приложение
102
ГЛОССАРИЙ
Алиса (Alice) – условное обозначение отправителя.
Бит – система, которая может принимать два значения: логического
нуля «0» и логической единицы «1».
Боб (Bob) – условное обозначение получателя.
Волокно, сохраняющее поляризацию, – волокно, симметрия кото-
рого настолько сильно нарушена, что поляризация на входе вдоль главной
оси сохраняется вплоть до выхода.
Вращатель плоскости поляризации – активное устройство для по-
ворота поляризационного вектора линейно-поляризованной поперечной
электромагнитной волны вокруг её волнового вектора при прохождении
волны через анизотропную среду.
Дисперсия модовая поляризационная – разность времени распро-
странения ортогонально-ориентированных мод одномодового оптического
волокна.
Интерференция – явление сложения двух или более волн, при котором наблюдается усиление или ослабление амплитуды результирующей
волны в зависимости от соотношения фаз отдельных волн.
Интерферометр – прибор, в котором явление интерференции используется для точных измерений параметров оптического излучения.
Канал квантовый − канал, где носителем информации является квант.
Квант – определённое количество энергии, которое отдаётся или
поглощается атомом (молекулой) при квантовом переходе из одного состояния в другое.
Ключ – сменный элемент шифра, который применяется для шифрования конкретного сообщения.
Ключ секретный – ключ, известный лишь отправителю и адресату.
Ключ сырой – ключ, полученный до операций коррекции ошибок и
усиления секретности.
Контроллер поляризации – активное устройство для компенсации
модовой поляризационной дисперсии в оптическом волокне.
Криптография квантовая – наука о создании секретной информации на основе законов квантовой физики, методах защиты информации путём использования квантовых носителей.
Глоссарий
103
Лазер – устройство, преобразующее энергию накачки в энергию ко-
герентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного
потока излучения.
Лазер с распределённой обратной связью – инжекционный полу-
проводниковый лазер, обратная связь в котором создаётся за счёт отражения оптического излучения от периодической решётки, создаваемой в активной среде.
Линия связи − среда распространения электромагнитных волн, ис-
пользуемая для передачи сигналов от передающего устройства к приёмному устройству.
Обнаружение − получение информации о наличии объекта (источника излучения) путём установления с ним прямого энергетического контакта.
Ответвитель волоконно-оптический – пассивный элемент для
объединения/разъединения сигналов в оптическом волокне, для работы которого не требуется подключение к электрической сети. Здесь излучение,
которое поступает на полюса со стороны входа, распределяется среди его
выходных оптических полюсов.
Передача квантового состояния – уничтожение квантового состояния в одной пространственно-временной точке и появление в другой пространственно-временной точке.
Поляризатор – устройство, предназначенное для получения поляризованного оптического излучения из излучения с произвольным состоянием поляризации.
Поляризация оптического излучения – выделение колебаний опти-
ческого излучения с определённым направлением электрического вектора.
Последовательность сырая (черновая) битов ключа – ключевая
последовательность битов после генерации и передачи фотонов пользователям.
Протокол – совокупность действий (инструкций, команд, вычислений, алгоритмов), выполняемых в заданной последовательности двумя или
более субъектами с целью достижения определённого результата.
Протокол B92 – протокол квантового распределения ключа, который основан на принципе неопределённости и использует два неортогональных квантовых состояний.
Глоссарий
104
Протокол квантовый – алгоритм выработки общего секретного
ключа с помощью квантов и квантовых каналов связи.
Протокол криптографический – протокол, который использует
криптографические преобразования данных.
Разветвитель (сплиттер) волоконно-оптический 1×2 – пассив-
ное устройство для разделения оптического излучения и отвода на два выходных порта.
Распределение ключа – технология для создания у двух удалённых
пользователей строки случайных бит, которая используется в качестве
криптографического ключа.
Распределение ключа квантовое – технология на основе законов
квантовой физики для создания у двух удалённых пользователей строки случайных бит, которая используется в качестве криптографического ключа.
Светоделитель поляризационный – пассивный оптический элемент
для разделения оптических излучений с ортогональными поляризациями.
Связь квантовая – связь, где перенос информации осуществляется
с помощью кубитов.
Система передачи информации волоконно-оптическая − система
для обеспечения связи между двумя или несколькими пунктами посредством электромагнитных волн оптического диапазона с передачей информации по оптическим волокнам.
Система связи − система, служащая для передачи сообщений от од-
ного абонента к другому.
Состояние квантового объекта – список (каталог) возможных ре-
зультатов любых измерений над этим объектом.
Состояния базисные – совокупность состояний, которые взаимно
ортогональны.
Состояния взаимно ортогональные − два взаимно независимых
состояния, причём, если объект находится в одном из них, он не может
быть обнаружен в другом состоянии.
Сумматор (объединитель) поляризационных лучей – пассивный
оптический элемент для объединения оптических излучений с ортогональными поляризациями.
Ток темновой – выходной ток фотодетектора, который не обуслов-
лен детектированием фотонов.
Глоссарий
105
Фаза колебаний − физическая величина, определяющая состояние
колебательного процесса в каждый момент времени.
Фотодетектор однофотонный – фотодетектор, способный реги-
стрировать каждый приходящий фотон.
Фотон – квант (наименьшая порция) электромагнитного излучения данной частоты, испущенный при квантовом переходе между двумя
уровнями.
Эффективность квантовая − отношение числа освобождённых
фотоэлектронов к числу падающих фотонов при фотодетектировании.
Эффективность протокола – процент бит из ключевой последовательности, остающихся в сформированном сыром ключе.
Глоссарий
106
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ ……………………………………………………...
3
СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ ………………………….
4
ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………...
6
1. ПАРАМЕТРЫ ПРИМЕНЯЕМЫХ ОДНОМОДОВЫХ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН ………………………………………………...
12
1.1. Параметры одномодового оптического волокна на станциях
12
1.2. Параметры оптического волокна Corning®SMF-28e®ULL …..
13
1.3. Параметры одномодовых оптических коннекторов …………
15
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКА ОДИНОЧНЫХ ФОТОНОВ
17
2.1. Выбор передающего оптического модуля ……………………
17
2.2. Выбор волоконного поляризатора …………………………….
25
2.3. Выбор регулируемого волоконно-оптического аттенюатора
26
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНТЕРФЕРОМЕТРА МАХА − ЦЕНДЕРА
ПЕРЕДАЮЩЕЙ СТАНЦИИ АЛИСА ………………………………
31
3.1. Обоснование выбора волоконно-оптического разветвителя
32
3.2. Верхнее плечо первого интерферометра Маха − Цендера …..
35
3.3. Нижнее плечо первого интерферометра Маха − Цендера …..
40
3.4. Квантовые импульсы на выходе несбалансированного интерферометра Маха − Цендера станции Алиса ……………………
46
3.5. Уточнение требований к оптическому однофотонному передатчику станции Алиса ……………………………………………..
50
4. РАСЧЁТ ЭНЕРГОВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ВОЛОКОННО-
ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ ………………………………………
53
4.1. Расчёт потерь мощности излучения в волоконно-оптической
линии связи ………………………………………………………….
53
4.2. Исследование временных характеристик линии связи ………
54
4.3. Анализ поляризационных свойств линии связи ……………...
57
4.4. Компенсация поляризационных искажений в линии связи …
60
5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНТЕРФЕРОМЕТРА МАХА − ЦЕНДЕРА
ПРИЁМНОЙ ..СТАНЦИИ. .БОБ ……………………………………….
63
Содержание
107
5.1. Уточнение требований к интерферометру приёмной станции
63
5.2. Выбор поляризационного светоделителя …………………….
65
5.3. Выбор волоконно-оптической линии задержки ……………...
66
5.4. Выбор второго вращателя плоскости поляризации на π/2 …..
67
5.5. Выбор второго волоконно-оптического фазового модулятора
68
5.6. Выбор третьего контроллера поляризации …………………...
68
5.7. Выбор направленного волоконного ответвителя Х-типа ……
70
6. ВРЕМЕННОЕ. .МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕ.. КВАНТОВЫХ ИМ-
ПУЛЬСОВ ………………………………………………………………...
74
7. РЕГИСТРАТОР.. КВАНТОВЫХ. .ИМПУЛЬСОВ. .И ЭЛЕКТРОН-
НЫЙ ..БЛОК. .СТРОБИРОВАНИЯ …………………………………....
77
7.1. Требования к однофотонному приёмному оптическому модулю …………………………………………………………………
77
7.2. Уточнение требований к временным параметрам функциональное модулей системы КРК …………………………………….
80
7.3. Формулирование требований к электронному блоку стробирования ……………………………………………………………...
81
8..РАСЧЁТ..ВЕРОЯТНОСТНЫХ..ХАРАКТЕРИСТИК РЕГИСТРА-
ЦИИ КВАНТОВЫХ СОСТОЯНИЙ ФОТОНОВ ……………………
83
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………….
87
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………
88
ПРИЛОЖЕНИИЕ. Статистические свойства длины волны лазера
ID300 DFB фирмы ID QUANTIQUE …………………………………
93
ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ ……………………………..
100
ГЛОССАРИЙ …………………………………………………………
102
Глоссарий
108
Учебное издание
РУМЯНЦЕВ Константин Евгеньевич
SHAKIR Hayder Hussein
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ КВАНТОВОГО
РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КЛЮЧА
С ИНТЕРФЕРОМЕТРАМИ МАХА − ЦЕНДЕРА
Учебное пособие
Редакторы:
Н. И. Селезнева, З. И. Надточий
Корректор
Л. В. Чиканенко
Компьютерная верстка
И. А. Клочко
Подписано к печати 19.10.2020 г.
Бумага офсетная. Формат 6084 1/16. Усл. печ. л. 6,28.
Уч.-изд. л. 3,79. Тираж 40 экз. Заказ № 7715.
Издательство Южного федерального университета
Отпечатано в отделе полиграфической, корпоративной и суверенной продукции
Издательско-полиграфического комплекса КИБИ МЕДИА ЦЕНТРА ЮФУ
344090, г. Ростов-на-Дону, пр. Ставки, 200/1. Тел. (863) 243-41-66.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]