najoNanosystems: Physics, Chemistry, MathematicsНаносистемы: физика, химия, математика2220-80542305-7971Университет ИТМОnajo-1246Research ArticlePHYSICSФИЗИКАErrors in “the sifted” quantum key while transmissing via single-mode stochastic anisotropic inhomogeneous fiberПогрешности в «просеянном» квантовом ключе при его передаче по одномодовому стохастическому анизотропному неоднородному оптоволокнуМирошниченкоГ. П.MiroshnichenkoG. P.

G.P. Miroshnichenko – Professor, Doctor of Science

gpmirosh@gmail.comСотниковаА. А.SotnikovaA. A.

A.A. Sotnikova – student

oirt@yandex.ruСанкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптикиРоссияSaint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and OpticsRussian Federation201220082025318792Copyright © Miroshnichenko G.P., Sotnikova A.A., 20252025Мирошниченко Г.П., Сотникова А.А.Miroshnichenko G.P., Sotnikova A.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nanojournal.ifmo.ru/jour/article/view/1246

In this article we take into consideration time dynamics of a field density matrix in basis of conditions of vacuum and two orthogonal polarization photons. The analysis was performed using the device with passive modulation of distributed photons conditions and additional unexcited modes. Errors in the sifted key can appear due to the absorption and depolarization of photons, as well as from the optical fibre (ОВ) parameters disorder. We find the average relative error (QBER) for variation of OB parameters in the sifted quantum key using BB84 protocol distribution with polarizing coding of the information. It is possible to reduce QBER significantly, even when random ОВ parameters are widely dispersed. For identifying the protocol working conditions at large distances we use the polarizing palpation effect, most clearly expressed when average value of OB parameters surpass their variation. In conclusion, the correct choice of OB manufacturing technology will lower QBER to the critical level of 0.11, below which the distributed key can be applied for cryptographical purposes.

Рассмотрена динамика во времени полевой матрицы плотности в базисе состояний вакуума и двух ортогональных поляризаций фотонов. В качестве анализатора использован прибор с пассивной модуляцией состояний распределяемых фотонов и с невозбужденными вспомогательными модами. Ошибки в просеянном ключе могут возникать из-за поглощения и деполяризации фотонов и разброса параметров оптического волокна (ОВ). Найдена средняя по разбросу параметров ОВ относительная ошибка (QBER) в просеянном квантовом ключе, распределенном по протоколу BB84 с поляризационным кодированием информации. Показано, что QBER можно существенно уменьшить, даже при больших дисперсиях случайных параметров ОВ. Найдены условия работы протокола на больших расстояниях, для этого используется эффект поляризационного биения, который явно выражен, когда среднее значение параметров ОВ превосходят их разброс. Сделан вывод о том, что правильный выбор технологи изготовления ОВ позволит снизить QBER до критического уровня, равного 0.11, ниже которого распределенный ключ можно использовать для целей криптографии.

квантовая криптографияшумы в квантовом каналеQBERоптическое волокнофотоныошибка в квантовом ключеполяризационное кодирование информацииquantum cryptographynoise in the quantum channelQBERoptical fibrephotonserror in a quantum keypolarizing coding of the informationРабота поддержана АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)» (проект № 2.1.1/9425), ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» (контракты NK-526P, 14.740.11.0879, 16.740.11.0030), грантом 11-08-00267 РФФИ.ReferencesCastelletto S., Degiovanni I. P. , Rastello M. L. Quantum and classical noise in practical quantum-cryptography systems based on polarization-entangled photons // Phys. Rev. A. — 2003. — 67. — P. 022305.Castelletto S., Degiovanni I. P. , Rastello M. L. Quantum and classical noise in practical quantum-cryptography systems based on polarization-entangled photons // Phys. Rev. A. — 2003. — 67. — P. 022305.Gisin N., Ribordy G., Tittel W., Zbinden H. Quantum cryptography // Rev. Mod. Phys. — 2002. — 74. — P. 145–195.Gisin N., Ribordy G., Tittel W., Zbinden H. Quantum cryptography // Rev. Mod. Phys. — 2002. — 74. — P. 145–195.Scarani V., Bechmann-Pasquinucci H., Cerf N.J., Dusek M., Lutkenhaus N., Peev M. The security of practical quantum key distribution // Rev. Mod. Phys. — 2009. — 81. — P. 1301–1350Scarani V., Bechmann-Pasquinucci H., Cerf N.J., Dusek M., Lutkenhaus N., Peev M. The security of practical quantum key distribution // Rev. Mod. Phys. — 2009. — 81. — P. 1301–1350

The authors declare that there are no conflicts of interest present.