Гибридный протокол квантовой коммуникации для оптоволоконного и атмосферного канала

В этой статье мы исследуем гибридный протокол квантовой коммуникации, который работает одновременно по оптоволоконным и атмосферным каналам. Этот новый протокол решает проблемы в городских условиях, где прокладка оптического волокна может быть непрактичной или дорогостоящей. Интегрируя квантовое распределение ключей (КРК) на боковых частотах с фазовым кодированием, наш подход повышает гибкость и надежность систем квантовой коммуникации. Мы разработали и протестировали атмосферный оптический модуль, оснащенный системой автоматической настройки для обеспечения точного выравнивания оптической оси, что крайне важно для минимизации потерь сигнала в турбулентной среде.

Экспериментальные результаты демонстрируют стабильную скорость передачи просеянного ключа и низкий коэффициент квантовых битовых ошибок (QBER) при различной длине канала, подтверждая эффективность нашего гибридного протокола для обеспечения безопасности связи в различных средах передачи.

1. Honjo T., Nam S.W., Takesue H., Zhang Y., Hadfield R.H., Dardy H.H., and Yamamoto Y. Long-distance entanglement-based quantum key distribution over optical fiber. Optics Express, 2008, 16(23), P. 19118–19126.

2. Rosenberg D., Harrington J.W., Rice P.R., Hiskett P.A., Peterson C.G., Hughes R.J., Lita A.E., Nam S.W., and Nordholt J.E. Long-distance decoy-state quantum key distribution in optical fiber. Physical Review Letters, 2007, 98(1), P. 010503.

3. Cao Y., Li Z., Zhang W., You Z., Zhang X., Wang Z., Huang C., Li H.W., and Guo G.C. Long-distance free-space measurement-device-independent quantum key distribution. Physical Review Letters, 2020, 125(26), P. 260503.

4. Pirandola S. Limits and security of free-space quantum communications. Physical Review Research, 2021, 3(1), P. 013279.

5. Schmitt-Manderbach T., Weier H., Fuurst M., Ursin R., Tiefenbacher F., Scheidl T., Perdigues J., Sodnik Z., Kurtsiefer C., and Weinfurter H. Experimental demonstration of free-space decoy-state quantum key distribution over 144 km. Physical Review Letters, 2007, 98(1), P. 010504.

6. Cao Y., Zhang Z., Xu B., You L., Wang Z., and Li H. W. The evolution of quantum key distribution networks: On the road to the qinternet. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2022, 24(2), P. 839–894.

7. Techateerawat P. Simulating Network Management System for Quantum Key Distribution based on rural and remote broadband in Thailand. PBRU Science Journal, 2023, 20(1), P. 97–110.

8. Kynev S.M., Chistyakov V.V., Fadeev M.A., and Latypov I.Z. Free-space subcarrier wave quantum communication. Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2017, 917(5), P. 052003.