Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (5), 654–657
Hybrid quantum communication protocol for fiber and atmosphere channel
Ilnur Z. Latypov – FRC Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, Kazan, 420111, Russia; bibidey@mail.ru
Vladimir V. Chistyakov – ITMO University, Kronverkskiy, 197101; Quanttelecom LLC., St. Petersburg, 199178, Russia; v_chistyakov@itmo.ru
Maxim A. Fadeev – ITMO University, Kronverkskiy, 197101; Russian Quantum Center, Skolkovo, Moscow 121205, Russia; wertsam@itmo.ru
Danil V. Sulimov – ITMO University, Kronverkskiy, 197101, Russia; dvsulimov@itmo.ru
Alexey K. Khalturinsky – Quanttelecom LLC., St. Petersburg, 199178, Russia; a.halturinsky@quanttelecom.ru
Sergey M. Kynev – ITMO University, Kronverkskiy, 197101; Quanttelecom LLC., St. Petersburg, 199178, Russia; sergey.kynev@itmo.ru
Vladimir I. Egorov – ITMO University, Kronverkskiy, 197101; Quanttelecom LLC., St. Petersburg, 199178, Russia; viegorov@itmo.ru
Corresponding author: I. Z. Latypov, bibidey@mail.ru
DOI 10.17586/2220-8054-2024-15-5-654-657
PACS 03.67.-a, 42.50.-p
ABSTRACT In this paper, we explore a hybrid quantum communication protocol that operates concurrently over fiber optic and atmospheric channels. This new protocol addresses challenges in urban settings where laying optical fiber may be impractical or costly. By integrating the subcarrier wave (SCW) quantum key distribution (QKD) with phase coding, our approach enhances the flexibility and reliability of quantum communication systems. We have developed and tested an atmospheric optical module equipped with an auto-tuning system to ensure precise optical axis alignment, crucial for minimizing signal loss in turbulent environments. Experimental results demonstrate stable sifted key rates and low quantum bit error rate (QBER) across various channel lengths, confirming the efficacy of our hybrid protocol in securing communication over diverse transmission environments.
KEYWORDS free-space optics, quantum communication, quantum key distribution, atmosphere channel.
ACKNOWLEDGEMENTS Atmospheric channel experiments were done by IZL, MAF, DVS, and AKK with the support of the government assignment for the FRC Kazan Scientific Center of RAS. The analytical work of VVC, SMK is supported by a grant from the Russian Science Foundation (project No. 24-29-00786).
FOR CITATION Latypov I.Z., Chistyakov V.V., Fadeev M.A., Sulimov D.V., Khalturinsky A.K., Kynev S.M., Egorov V.I. Hybrid quantum communication protocol for fiber and atmosphere channel. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (5), 654–657.
[In Russian] Латыпов И.З., Чистяков В.В., Фадеев М.А., Сулимов Д.В., Халтуринский А.К., Кынев С.М., Егоров В.И.
Гибридный протокол квантовой коммуникации для оптоволоконного и атмосферного канала
АННОТАЦИЯ 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.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА Атмосферная оптика, квантовые коммуникации, квантовое распределение ключей, атмосферный канал
