Импульсная фазовая модуляция с гармоническим электрическим управляющим сигналом для реализаций квантового распределения ключей
https://doi.org/10.17586/2220-8054-2026-17-1-39-45
Аннотация
В данной работе мы исследуем альтернативный подход к фазовой модуляции для кодирования и декодирования информации в системах квантового распределения ключей. В частности, мы предлагаем импульсную фазовую модуляцию, то есть модуляцию с временной огибающей в дополнение к ранее рассматриваемому только гармоническому временному поведению индекса модуляции (глубины модуляции), в качестве замены традиционного использования как модуляторов интенсивности, так и фазовых модуляторов, что позволяет создать более компактную и экономичную оптическую схему. Мы также анализируем, как основные неидеальности этой схемы влияют на помехи, наблюдаемые на приемной стороне, и, следовательно, на их вклад в уровень ошибок при реализации квантового распределения ключей на основе боковых частот фазомодулированного излучения.
Об авторах
А. А. Гайдаш
SMARTS-Quanttelecom LLC; ITMO University
Россия
Россия
Г. П. Мирошниченко
ITMO University
Россия
Россия
А. В. Козубов
SMARTS-Quanttelecom LLC; ITMO University
Россия
Россия
Список литературы
1. Pirandola S., Andersen U.L., Banchi et al. Advances in quantum cryptography. Advances in optics and photonics, 2020, 12(4), P. 1012–1236.
2. Bennett C.H., Bessette F., Brassard G., Salvail L., Smolin J. Experimental quantum cryptography. Journal of cryptology, 1992, 5(1), P. 3–28.
3. Townsend P.D. Experimental investigation of the performance limits for first telecommunications-window quantum cryptography systems. IEEE Photonics Technology Letters, 2002, 10(7), P. 1048–1050.
4. Gui Y.Z., Han Z.F., Mo X.F., Guo G.C. Experimental quantum key distribution over 14.8 km in a special optical fibre. Chin. Phys. Lett., 2003, 20(5), P. 608–610.
5. Marand C., Townsend P. D. Quantum key distribution over distances as long as 30 km. Optics Letters, 1995, 20(16), P. 1695–1697.
6. Hughes R.J., Morgan G.L., Peterson C.G. Quantum key distribution over a 48 km optical fibre network. Journal of Modern Optics, 2000, 47(2-3), P. 533–547.
7. Weier H. Experimental quantum cryptography. Diploma Dissertation, Technical University of Munich, 2003.
8. Tittel W., Zbinden H., Gisin N. Experimental demonstration of quantum secret sharing. Physical Review A, 2001, 63(4), P. 042301.
9. Stucki D., Gisin N., Guinnard O., Ribordy G., Zbinden H. Quantum key distribution over 67 km with a plug&playsystem. New Journal of Physics, 2002, 4(1), P. 41.
10. Buttler W.T., Hughes R.J., Lamoreaux S.K., Morgan G.L., Nordholt J.E., Peterson C.G. Daylight quantum key distribution over 1.6 km. Physical Review Letters, 2000, 84(24), P. 5652.
11. ButtlerW.T., Hughes R.J., Kwiat P.G., Lamoreaux S.K., Luther G.G., Morgan G.L., et al. Practical free-space quantum key distribution over 1 km. Physical Review Letters, 1998, 81(15), P. 3283.
12. Pljonkin A., Singh P.K. The review of the commercial quantum key distribution system. Fifth International Conference on Parallel, Distributed and Grid Computing (PDGC) by IEEE, 2018, P. 795–799.
13. Oesterling L., Hayford D., Friend G. Comparison of commercial and next generation quantum key distribution: Technologies for secure communication of information. Conference on Technologies for Homeland Security (HST) by IEEE, 2012, P. 156–161.
14. Makarov V., Abrikosov A., Chaiwongkhot P., Fedorov A.K., Huang A., Kiktenko E., et al. Preparing a commercial quantum key distribution system for certification against implementation loopholes. Physical Review Applied, 2024, 22(4), P. 044076.
15. Al Natsheh A., Gbadegeshin S.A., Rimpil¨ainen A., Imamovic-Tokalic I., Zambrano, A. Identifying the challenges in commercializing high technology: A case study of quantum key distribution technology. Technology Innovation Management Review, 2015, 5(1).
16. Cavaliere F., Prati E., Poti L., Muhammad I., Catuogno T. Secure quantum communication technologies and systems: From labs to markets. Quantum Reports, 2020, 2(1), P. 80–106.
17. Sasaki M., Fujiwara M., Ishizuka H., Klaus W., Wakui K., Takeoka M., et al. Field test of quantum key distribution in the Tokyo QKD Network. Optics express, 2011, 19(11), P. 10387–10409.
18. Chaiwongkhot P., Sajeed S., Lydersen L., Makarov, V. Finite-key-size effect in a commercial plug-and-play QKD system. Quantum Science and Technology, 2017, 2(4), P. 044003.
19. Cao Y., Zhao Y., Wang Q., Zhang J., Ng S.X., Hanzo L. The evolution of quantum key distribution networks: On the road to the qinternet. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2022, 24(2), P. 839–894.
20. Mehic M., Niemiec M., Rass S., Ma J., Peev M., Aguado A., et al. Quantum key distribution: a networking perspective. ACM Computing Surveys (CSUR), 2020, 53(5), P. 1–41.
21. Sharma P., Agrawal A., Bhatia V., Prakash S., Mishra A.K. Quantum key distribution secured optical networks: A survey. IEEE Open Journal of the Communications Society, 2021, 2, P. 2049–2083.
22. Peev M., Pacher C., All´eaume R., Barreiro, C., Bouda J., Boxleitner W., et al. The SECOQC quantum key distribution network in Vienna. New journal of physics, 2009, 11(7), P. 075001.
23. Dianati M., All´eaume R., Gagnaire M., Shen X. Architecture and protocols of the future European quantum key distribution network. Security and Communication Networks, 2008, 1(1), P. 57–74.
24. Dervisevic E., Tankovic A., Fazel E., Kompella R., Fazio P., Voznak M., Mehic M. Quantum Key Distribution Networks-Key Management: A Survey. ACM Computing Surveys, 2025, 57(10), P. 1–36.
25. Guselnikov M.S., Gaidash A.A., Miroshnichenko G.P., Kozubov A.V. Properties of multi-moded phase-randomized coherent states. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 2025, 16(3), P. 311–316.
26. Gaidash A., Miroshnichenko G., and Kozubov A. Subcarrier wave quantum key distribution with leaky and flawed devices. Journal of the Optical Society of America B, 2022, 39(2), P. 577–585.
27. Miroshnichenko G., Kozubov A., Gaidash A., Gleim A.V., and Horoshko D.V. Security of subcarrier wave quantum key distribution against the collective beam-splitting attack. Optics express, 2018, 26(9), P. 11292–11308.
28. Sajeed Sh., Chaiwongkhot P., Huang A., Qin H., Egorov V., Kozubov A., Gaidash A., Chistiakov V., Vasiliev V., Gleim A., et al. An approach for security evaluation and certification of a complete quantum communication system. Scientific Reports, 2021, 11(1), P. 1–16.
29. Chistiakov V., Kozubov A., Gaidash A., Gleim A., and Miroshnichenko G. Feasibility of twin-field quantum key distribution based on multi-mode coherent phase-coded states. Optics express, 2019, 27 (25), P. 36551–36561.
30. Samsonov E., Goncharov R., Gaidash A., Kozubov A., Egorov V., and Gleim A. Subcarrier wave continuous variable quantum key distribution with discrete modulation: mathematical model and finite-key analysis. Scientific Reports, 2020, 10 (1), P. 1–9.
31. 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: Physics, Chemistry, Mathematics, 2024, 15(5), P. 654–657.
32. Miroshnichenko G., Kiselev A., Trifanov A., Gleim A. Algebraic approach to electro-optic modulation of light: exactly solvable multimode quantum model. Journal of the optical society of America B, 2017, 34(6), P. 1177–1190.
Рецензия
Для цитирования:
Гайдаш А.А., Мирошниченко Г.П., Козубов А.В. Импульсная фазовая модуляция с гармоническим электрическим управляющим сигналом для реализаций квантового распределения ключей. Наносистемы: физика, химия, математика. 2026;17(1):39-45. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2026-17-1-39-45
For citation:
Gaidash A.A., Miroshnichenko G.P., Kozubov A.V. Pulsed phase modulation with harmonic electric control signal for quantum key distribution implementations. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2026;17(1):39-45. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2026-17-1-39-45
Просмотров:
370
JATS XML
Послать статью по эл. почте 