Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Optoelectronics Instrumentation and Data Processing

INVESTIGATION OF LONG-TERM STABILITY OF THE FREE-SPACE QUANTUM KEY DISTRIBUTION AT A DISTANCE OF 20 M IN A POLARIZATION CODING SCHEME

A. S. Pleshkov, A. V. Kolyako, Denis B. Tretyakov, I.I. Ryabtsev, И. Г. Неизвестный

Published Feb 29, 2024• 0 citations
Publisher

Abstract

Экспериментально исследована работа созданной нами атмосферной установки для генерации квантового ключа, использующей протокол квантовой криптографии BB84 и поляризационное кодирование. Скорость генерации «просеянного» квантового ключа и уровень ошибочных битов в нём оставались постоянными в течение 1 ч и равнялись 7558 ± 83 бит/с и 5 , 1 ± 0 , 84 % соответственно при расстоянии между передатчиком и приёмником 20 м. Для приведённых параметров установки рассчитан минимально возможный коэффициент пропускания квантового канала, обеспечивающий секретность квантового ключа. The operation of our atmospheric quantum cryptography setup using the BB84 protocol and polarization coding has been investigated experimentally. The "sifted" quantum key distribution rate and the quantum bit error rate in the key remain constant for 1 hour and are equal to 7558±83 bit/s and 5.1±0.84%, respectively, at a distance of 20 m between the transmitter and receiver. The minimum possible transmittance of a quantum channel is calculated for these parameters of our setup.

DOI
10.15372/aut20240105

Related papers

SECURITY ANALYSIS OF THE DISTRIBUTION OF QUANTUM KEYS IN PASSIVE OPTICAL NETWORKS

А.Е. Насылбекова

Потребность в обеспечении безопасности для конечных пользователей привела к установке квантового распределения ключей (Quantum Key Distribution ― QKD) в сетях доступа «один ко многим», таких как пассивные оптические сети. В сетях наличие оптических разветвителей мощности делает вопросы безопасной скорости передачи ключей более важными. Однако исследования QKD в сетях доступа в основном были сосредоточены на вопросах реализации, а не на разработке протокола для повышения ключевой скорости. Поскольку безопасная ключевая скорость теоретически ограничена протоколом, исследования без разработки протокола не могут преодолеть предел безопасной ключевой скорости, заданный протоколом. Это вызывает необходимость исследований для разработки протокола. В этой статье предлагается новый подход, который обеспечивает безопасное повышение скорости передачи ключей по сравнению с обычным протоколом. В частности, предлагается формула безопасной ключевой скорости в пассивной оптической сети, расширяя формулу безопасной ключевой скорости на основе протокола BB84 с состоянием приманки. Для пассивной оптической сети предлагается способ, который включает сотрудничество между конечными пользователями. Затем мы показываем, что этот способ может смягчить атаку разделения числа фотонов (Photon Number Splitting - PNS), которая имеет решающее значение в известном протоколе- ловушке BB84. В частности, предлагаемая схема позволяет многофотонным состояниям служить безопасными ключами, в отличие от обычного протокола- ловушки BB84. Численное моделирование показывает, что предложенная нами схема превосходит протокол-приманку BB84 по скорости безопасного ключа.

INTERNATIONAL JOURNAL OF INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES•Dec 15, 2022•0 citations

Key distribution. Episode 1: Quantum menace

Grigory Borisovich Marshalko, V I Rudskoi

Изучается возможность применения атак со связанными ключами к средствам криптографической защиты информации с гибридными ключевыми системами, в которых сеансовый ключ строится по долговременному ключу и ключу, вырабатываемому протоколом квантового распределения ключей (КРК). Для случая покоординатного сложения по модулю 2 квантового и долговременного ключей исследуется влияние компрометации квантового ключа на безопасность системы. Показано, что для многих систем КРК вероятность восстановления квантового ключа злоумышленником близка к 1. Это приводит к увеличению вероятности успеха при применении атаки со связанными ключами. Поэтому предлагается для обновления ключей использовать функции выработки производных ключей.

Математические вопросы криптографии•Jun 1, 2020•0 citations

Применение кремниевых лавинных фотодиодов для регистрации одиночных фотонов в установке по квантовой криптографии

Denis B. Tretyakov, A. V. Kolyako, A. S. Pleshkov

В данной работе представлены экспериментальные результаты, демонстрирующие долговременную стабильность работы нашей установки, которая генерирует квантовый ключ по протоколу BB84 с помощью поляризационного кодирования. Показано, что скорость генерации «просеянного» квантового ключа и уровень ошибочных битов в ключе оставались постоянными в течение 1 часа и равнялись 10 кбит/с и 6.5% (см. Рис.1), соответственно, при расстоянии между передатчиком и приемником, равном 20 см [2]. Приведены теоретические зависимости скорости генерации секретного квантового ключа от коэффициента пропускания квантового канала для детекторов одиночных фотонов, которые использовались в данном эксперименте, и новых детекторов с эффективностью регистрации 48% и частотой темновых импульсов 180 Гц.

ФОТОНИКА-2021 : ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ РОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ И ШКОЛЫ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ПО АКТУАЛЬНЫМ ПРОБЛЕМАМ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ФОТОЭЛЕКТРОНИКИ•Sep 27, 2021•1 citation

Quantum key distribution as a promising method of cryptographic information security

В. В. Савчук

В статье рассматривается квантовое распределение ключей (QKD) как перспективный метод криптографической защиты информации. Обоснована актуальность применения квантовой криптографии в условиях развития квантовых вычислений, способных снизить устойчивость классических алгоритмов. Описаны принципы работы QKD, включая использование кубитов и протокол BB84. Проанализированы основные преимущества метода, такие как независимость от вычислительных ресурсов и возможность обнаружения перехвата, а также ограничения, связанные с технической реализацией. Сделан вывод о высокой перспективности технологии для обеспечения безопасности передачи данных.

•Jan 1, 2026•0 citations

Генерация квантового ключа в свободном пространстве с помощью передачи поляризованных одиночных фотонов

Квантово-криптографические линии связи обеспечивают безопасность передаваемой информации, основываясь на законах квантовой механики.После передачи поляризованных одиночных фотонов по оптоволоконному или атмосферному каналу связи отправитель и получатель генерируют секретный двоичный ключ.С помощью данного ключа отправитель зашифровывает свое сообщение и пересылает его получателю по открытому каналу [1].Созданная нами ранее атмосферная квантово-криптографическая установка генерирует квантовый ключ по протоколу BB84 с помощью поляризационного кодирования одиночных фотонов.Измеренная ранее скорость генерации «просеянного» квантового ключа и уровень ошибочных битов в ключе составляла 10 кбит/с и 6.5%, соответственно, при расстоянии между передатчиком и приемником, равном 20 см, и тактовой частоте импульсов 10 6 Гц [2].Для передачи информации используется излучение с длиной волны 780 нм, которое соответствует окну прозрачности атмосферы.Основу однофотонных детекторов составляют кремниевые лавинные фотодиоды.Для регистрации одиночных фотонов лавинные фотодиоды вводятся в постоянный гейгеровский режим, для чего напряжение питания фотодиодов поднимается выше напряжения пробоя, а также используется схема с пассивным гашением лавины.Для уменьшения частоты темновых импульсов фотодиоды охлаждаются до температуры 0 0 С.При таких параметрах максимальная эффективность однофотонной регистрации составляет 23%, а частота темновых импульсов с учетом стробирования -500 Гц.При увеличении расстояния между передатчиком и приемником уровень ошибок в квантовом ключе растет вследствие повышения потерь одиночных фотонов в канале связи.Когда уровень ошибок достигает значения 11%, сгенерировать абсолютно секретный ключ по протоколу ВВ84 невозможно.Для понижения уровня ошибок лавинные фотодиоды охлаждаются по возможности еще сильнее, что позволяет поднять их эффективность однофотонной регистрации

Высшая школа: научные исследования•Sep 1, 2023•0 citations

Features of quantum cryptography methods: principles, implementation, and prospects

А. Р. Галимова, В. Е. Домрачева, Б. И. Шарафутдинов +1 more

В статье рассматриваются особенности квантовой криптографии и протокола BB84, а также их отличие от традиционных методов. Анализируются принципы квантовой механики, лежащие в основе распределения ключей (КРК), такие как принцип Гейзенберга и квантовая суперпозиция. Описаны существующие системы КРК, их плюсы и минусы. Обсуждаются перспективы развития квантовой криптографии и ее роль в защите информации будущего.

•Jan 1, 2025•0 citations
Экспериментально исследована работа созданной нами атмосферной установки для генерации квантового ключа, использующей протокол квантовой криптографии BB84 и поляризационное кодирование. Скорость генерации «просеянного» квантового ключа и уровень ошибочных битов в нём оставались постоянными в течение 1 ч и равнялись 7558 ± 83 бит/с и 5 , 1 ± 0 , 84 % соответственно при расстоянии между передатчиком и приёмником 20 м. Для приведённых параметров установки рассчитан минимально возможный коэффициент пропускания квантового канала, обеспечивающий секретность квантового ключа. The operation of our atmospheric quantum cryptography setup using the BB84 protocol and polarization coding has been investigated experimentally. The "sifted" quantum key distribution rate and the quantum bit error rate in the key remain constant for 1 hour and are equal to 7558±83 bit/s and 5.1±0.84%, respectively, at a distance of 20 m between the transmitter and receiver. The minimum possible transmittance of a quantum channel is calculated for these parameters of our setup.
Потребность в обеспечении безопасности для конечных пользователей привела к установке квантового распределения ключей (Quantum Key Distribution ― QKD) в сетях доступа «один ко многим», таких как пассивные оптические сети. В сетях наличие оптических разветвителей мощности делает вопросы безопасной скорости передачи ключей более важными. Однако исследования QKD в сетях доступа в основном были сосредоточены на вопросах реализации, а не на разработке протокола для повышения ключевой скорости. Поскольку безопасная ключевая скорость теоретически ограничена протоколом, исследования без разработки протокола не могут преодолеть предел безопасной ключевой скорости, заданный протоколом. Это вызывает необходимость исследований для разработки протокола. В этой статье предлагается новый подход, который обеспечивает безопасное повышение скорости передачи ключей по сравнению с обычным протоколом. В частности, предлагается формула безопасной ключевой скорости в пассивной оптической сети, расширяя формулу безопасной ключевой скорости на основе протокола BB84 с состоянием приманки. Для пассивной оптической сети предлагается способ, который включает сотрудничество между конечными пользователями. Затем мы показываем, что этот способ может смягчить атаку разделения числа фотонов (Photon Number Splitting - PNS), которая имеет решающее значение в известном протоколе- ловушке BB84. В частности, предлагаемая схема позволяет многофотонным состояниям служить безопасными ключами, в отличие от обычного протокола- ловушки BB84. Численное моделирование показывает, что предложенная нами схема превосходит протокол-приманку BB84 по скорости безопасного ключа.
Изучается возможность применения атак со связанными ключами к средствам криптографической защиты информации с гибридными ключевыми системами, в которых сеансовый ключ строится по долговременному ключу и ключу, вырабатываемому протоколом квантового распределения ключей (КРК). Для случая покоординатного сложения по модулю 2 квантового и долговременного ключей исследуется влияние компрометации квантового ключа на безопасность системы. Показано, что для многих систем КРК вероятность восстановления квантового ключа злоумышленником близка к 1. Это приводит к увеличению вероятности успеха при применении атаки со связанными ключами. Поэтому предлагается для обновления ключей использовать функции выработки производных ключей.
В данной работе представлены экспериментальные результаты, демонстрирующие долговременную стабильность работы нашей установки, которая генерирует квантовый ключ по протоколу BB84 с помощью поляризационного кодирования. Показано, что скорость генерации «просеянного» квантового ключа и уровень ошибочных битов в ключе оставались постоянными в течение 1 часа и равнялись 10 кбит/с и 6.5% (см. Рис.1), соответственно, при расстоянии между передатчиком и приемником, равном 20 см [2]. Приведены теоретические зависимости скорости генерации секретного квантового ключа от коэффициента пропускания квантового канала для детекторов одиночных фотонов, которые использовались в данном эксперименте, и новых детекторов с эффективностью регистрации 48% и частотой темновых импульсов 180 Гц.
В статье рассматривается квантовое распределение ключей (QKD) как перспективный метод криптографической защиты информации. Обоснована актуальность применения квантовой криптографии в условиях развития квантовых вычислений, способных снизить устойчивость классических алгоритмов. Описаны принципы работы QKD, включая использование кубитов и протокол BB84. Проанализированы основные преимущества метода, такие как независимость от вычислительных ресурсов и возможность обнаружения перехвата, а также ограничения, связанные с технической реализацией. Сделан вывод о высокой перспективности технологии для обеспечения безопасности передачи данных.
Квантово-криптографические линии связи обеспечивают безопасность передаваемой информации, основываясь на законах квантовой механики.После передачи поляризованных одиночных фотонов по оптоволоконному или атмосферному каналу связи отправитель и получатель генерируют секретный двоичный ключ.С помощью данного ключа отправитель зашифровывает свое сообщение и пересылает его получателю по открытому каналу [1].Созданная нами ранее атмосферная квантово-криптографическая установка генерирует квантовый ключ по протоколу BB84 с помощью поляризационного кодирования одиночных фотонов.Измеренная ранее скорость генерации «просеянного» квантового ключа и уровень ошибочных битов в ключе составляла 10 кбит/с и 6.5%, соответственно, при расстоянии между передатчиком и приемником, равном 20 см, и тактовой частоте импульсов 10 6 Гц [2].Для передачи информации используется излучение с длиной волны 780 нм, которое соответствует окну прозрачности атмосферы.Основу однофотонных детекторов составляют кремниевые лавинные фотодиоды.Для регистрации одиночных фотонов лавинные фотодиоды вводятся в постоянный гейгеровский режим, для чего напряжение питания фотодиодов поднимается выше напряжения пробоя, а также используется схема с пассивным гашением лавины.Для уменьшения частоты темновых импульсов фотодиоды охлаждаются до температуры 0 0 С.При таких параметрах максимальная эффективность однофотонной регистрации составляет 23%, а частота темновых импульсов с учетом стробирования -500 Гц.При увеличении расстояния между передатчиком и приемником уровень ошибок в квантовом ключе растет вследствие повышения потерь одиночных фотонов в канале связи.Когда уровень ошибок достигает значения 11%, сгенерировать абсолютно секретный ключ по протоколу ВВ84 невозможно.Для понижения уровня ошибок лавинные фотодиоды охлаждаются по возможности еще сильнее, что позволяет поднять их эффективность однофотонной регистрации
В статье рассматриваются особенности квантовой криптографии и протокола BB84, а также их отличие от традиционных методов. Анализируются принципы квантовой механики, лежащие в основе распределения ключей (КРК), такие как принцип Гейзенберга и квантовая суперпозиция. Описаны существующие системы КРК, их плюсы и минусы. Обсуждаются перспективы развития квантовой криптографии и ее роль в защите информации будущего.