Решения для построения схемы КРК по протоколу BB84
Самой первой и наиболее популярной в области квантовой криптографии является схема квантового распределения ключа (КРК) по протоколу BB84. В этом протоколе используются поляризационные состояния квантов света – фотонов – в качестве носителей информационных битов.
Относительная простота этого протокола обуславливает его широкое применение в образовательных целях, для ознакомления студентов с принципами и основами КРК, а коммерческое оборудование, работающее на этой схеме, уже более десятилетия существует на рынке.
Использование протокола BB84 позволяет обеспечить теоретически полную криптографическую защиту для информационного канала и стойкость даже к мощностям квантовых компьютеров, так как в основе протокола лежат не вычислительные, а квантовые методы шифрования.
Лазерные диоды
Основным типом лазеров, применяемых для генерации оптической несущей – это лазерные диоды с распределенной обратной связью (DFB лазерные диоды).
На что обращать внимание при выборе диодов для передачи с помощью внешних модуляторов? В первую очередь это:
- Центральная длина волны и её стабильность
- Режим работы: Стабильный непрерывный (CW) или импульсный (Pulse)
- Ширина полосы излучения
- Мера подавления боковых мод (SMSR-параметр)
- Величина относительного шума интенсивности (RIN-параметр)
Подходящие решения
|
Полоса 1-10 МГц | Мощность 10 мВт |
SMSR 45 дБ |
RIN -133 Дб/Гц |
PM выход FC/SPC |
|
|
Лазерный DWDM диод c низким RIN | Полоса <1 МГц |
Мощность 25 мВт |
SMSR >30 дБ |
RIN -160 Дб/Гц |
PM (SM) выходы FC/APC |
|
Полоса 0.5 нм |
Мощность 1-4 мВт |
SMSR >35 дБ |
RIN -155 Дб/Гц |
SM выход Различные коннекторы |
Модуляторы поляризации
Электрооптический модулятор поляризации – основной компонент КРК-системы, работающей по протоколу BB84. Именно он манипулирует поляризацией фотонов и наносит на них битовую информацию ключа.
На что обращать внимание при выборе ЭОМ поляризации для такой системы КРК?
В первую очередь это:
- Диапазон рабочих длин волн
- Напряжения смещения и управления
- Вносимые потери
- Поляризационно-зависимые потери (PDL-параметр)
Также имеет смысл обратить внимание на дополнительные опции:
- Тип выходного волокна (одномодовое или с сохранением поляризации)
- Тип входного и выходного коннектора
- Скорость переключения
Подходящие решения
Подходящие решения на 1310 и 1550 нм с PM-волокном:
Детекторы одиночных фотонов
Для регистрации одиночных фотонов той или иной поляризации необходимы детекторы одиночных фотонов. В основе таких детекторов лежат лавинные фотодиоды, оптимизированные для работы в режиме Гейгера (SPADы). Принцип их работы заключается в регистрации образующегося электронного лавинного пробоя из-за инициировавшего этот пробой поглощённого фотона.
Детекторы одиночных фотонов бывают как на видимый диапазон (материал Si), так и на ближний ИК (материал InGaAs или сверхпроводящие нанопроволоки SNSPD).
На что обращать внимание при выборе детекторов для приёма одиночных фотонов? В первую очередь это:
- Диапазон рабочих длин волн
- Квантовая эффективность
- Частота темнового счёта
- Режим работы (стробируемый/gated/синхронный или free-running/асинхронный)
- Тип детекторы (компонент или модуль)
Также имеет смысл обратить внимание на дополнительные опции:
- Тип оптического ввода (волоконный или free-space)
- Возможность регулирования квантовой эффективности и/или частоты темнового счёта
- Частота стробирования (при наличии данной функции)
Подходящие решения
|
Диапазон длин волн 1100-1600 нм |
Квантовая эффективность до 70% |
Частота темнового счета 500/2000 Гц |
|
|
Диапазон длин волн 1100-1600 нм |
Квантовая эффективность до 70% |
Частота темнового счета 500/2000 Гц | |
|
|
Диапазон длин волн 1100-1600 нм |
Квантовая эффективность до 70% |
Частота темнового счета 2 кГц |
Детектор фотонов IDQube | Диапазон длин волн 900-1700 нм | Квантовая эффективность до 25% | Частота темнового счёта от 800 Гц | |
SNSPD детектор ID281 | Диапазон длин волн 400-2500 нм | Квантовая эффективность до 90% | Частота темнового счёта < 1 Гц | |
Детектор фотонов ID120 | Диапазон длин волн 350-1000 нм | Квантовая эффективность до 80% | Частота темнового счёта < 200 Гц |