Увеличение соотношения сигнальных и опорных импульсов при фазовой компенсации в системах квантового распределения ключа на непрерывных переменных

Квантовое распределения ключа на непрерывных переменных (КРК НП) является перспективным направлением развития квантовых коммуникаций. Для протоколов КРК НП применяется когерентное детектирование, которое обуславливает необходимость учета и компенсации фазовых шумов. Алгоритмы фазовой компенсации используют опорные импульсы для определения дрейфа фазы и корректировки сигнальных квадратур. Соотношение числа сигнальных и опорных импульсов влияет на точность проведения фазовой компенсации. С другой стороны, оно также влияет на скорость генерации секретного ключа (СГСК). В настоящей работе рассматривается влияние соотношения сигнальных и опорных импульсов на СГСК, а также предлагается улучшение алгоритма фазовой компенсации, позволяющее использовать меньшую частоту опорных импульсов, близкую к частотам фазового шума системы, что позволяет увеличить СГСК. Кроме того, в работе приводится метод оценки фазового шума системы КРК НП, дающий возможность выбирать оптимальное соотношение сигнальных и опорных импульсов.

1. Gleim A.V., Egorov V.I., Nazarov Yu.V., Smirnov S.V., Chistyakov V.V., Bannik O.I., Anisimov A.A., Kynev S.M., Ivanova A.E., Collins R.J., et al. Secure polarization-independent subcarrier quantum key distribution in optical fiber channel using BB84 protocol with a strong reference. Optics express, 2016, 24 (3), P. 2619–2633.

2. Goncharov R., Vorontsova I., Kirichenko D., Filipov I., Adam I., Chistiakov V., Smirnov S., Nasedkin B., Pervushin B., Kargina D., et al. The rationale for the optimal continuous-variable quantum key distribution protocol. Optics, 2022, 3 (4), P. 338–351.

3. Hirano T., Yamanaka H., Ashikaga M., Konishi T., Namiki R. Quantum cryptography using pulsed homodyne detection. Physical review A, 2003, 68 (4), 042331.

4. Jouguet P., Kunz-Jacques S., Diamanti E. Preventing calibration attacks on the local oscillator in continuous-variable quantum key distribution. Physical Review A, 2013, 87 (6), 062313.

5. Wang T., Huang P., Zhou Y., Liu W., Ma H., Wang S., Zeng G. High key rate continuous-variable quantum key distribution with a real local oscillator. Optics express, 2018, 26 (3), P. 2794–2806.

6. Shao Y., Wang H., Pi Y., Huang W., Li Y., Liu J., Yang J., Zhang Y., Xu B. Phase noise model for continuous-variable quantum key distribution using a local local oscillator. Physical Review A, 2021, 104 (3), 032608.

7. Soh D.B.S., Brif C., Coles P.J., Lutkenhaus N., Camacho R.M., Urayama J., Sarovar M. Self-referenced continuous-variable quantum key distri-¨ bution protocol. Physical Review X, 2015, 5 (4), P. 1–15.

8. Ren S., Yang S., Wonfor A., White I., Penty R. Demonstration of high-speed and low-complexity continuous variable quantum key distribution system with local local oscillator. Scientific Reports, 2021, 11 (1), P. 1–13.

9. Weedbrook C., Lance A.M., Bowen W.P., Symul T., Ralph T.C., Ping Koy Lam. Quantum cryptography without switching. Physical review letters, 2004, 93 (17), 170504.

10. Grosshans F., Van Assche G., Wenger J., Brouri R., Cerf N.J., Grangier P. Quantum key distribution using gaussian-modulated coherent states. Nature, 2003, 421 (6920), P. 238–241.

11. Laudenbach F., Pacher C., Fung C.-H.F., Poppe A., Peev M., Schrenk B., Hentschel M., Walther P., Hubel H. Continuous-variable quantum key¨ distribution with gaussian modulation—the theory of practical implementations. Advanced Quantum Technologies, 2018, 1 (1), 1800011.

12. Huang D., Huang P., Lin D., Wang C., Zeng G. High-speed continuous-variable quantum key distribution without sending a local oscillator. Optics letters, 2015, 40 (16), P. 3695–3698.

13. Ma X.-C., Sun S.-H., Jiang M.-S., Liang L.-M. Local oscillator fluctuation opens a loophole for eve in practical continuous-variable quantum-keydistribution systems. Physical Review A, 2013, 88 (2), 022339.

14. Zou M., Mao Y., Chen T.-Y. Phase estimation using homodyne detection for continuous variable quantum key distribution. J. of Applied Physics, 2019, 126 (6), 063105.

15. Qi B., Lougovski P., Pooser R., Grice W., Bobrek M. Generating the local oscillator “locally” in continuous-variable quantum key distribution based on coherent detection. Physical Review X, 2015, 5 (4), 041009.

16. Marie A., Alleaume R. Self-coherent phase reference sharing for continuous-variable quantum key distribution. Physical Review A, 2017, 95 (1), 012316.

17. Wang T., Huang P., Zhou Y., Liu W., Zeng G. Pilot-multiplexed continuous-variable quantum key distribution with a real local oscillator. Physical Review A, 2018, 97 (1), 012310.

18. Bartolo R.E., Tveten A.B., Dandridge A. Thermal phase noise measurements in optical fiber interferometers. IEEE J. of Quantum Electronics, 2012, 48 (5), P. 720–727.

19. Zhang L., Wang Y., Yin Z., Chen W., Yang Y., Zhang T., Huang D., Wang S., Li F., Han Z. Real-time compensation of phase drift for phase-encoded quantum key distribution systems. Chinese Science Bulletin, 2011, 56 (22), P. 2305–2311.