Проведен анализ влияния атмосферных факторов на квантовую гибридную систему связи с атмосферным оптическим сегментом. Разработана модель доступности квантового атмосферного канала связи на основе оценки скорости генерации просеянного ключа, возможности приема квантов света приемником одиночных фотонов и ключевых параметров распространения оптического сигнала. Приведены результаты расчетов максимальной рабочей дальности квантовой связи для типичных погодных условий в Центральном регионе России при различных характеристиках оборудования квантовой системы связи, которые могут использоваться при проектировании всепогодных квантовых систем связи. An analysis of the impact of atmospheric factors on a quantum hybrid communication system with an atmospheric optical segment was conducted. A model for the availability of a quantum atmospheric communication channel was developed based on an assessment of the sieved key generation rate, the ability of a single-photon receiver to receive light quanta, and key optical signal propagation parameters. Calculations of the maximum operating range of quantum communication under typical weather conditions in the central region of Russia, with various characteristics of the quantum communication system equipment, are presented. These calculations can be used in the design of all-weather quantum communication systems.
Проведен анализ влияния атмосферных факторов на квантовую гибридную систему связи с атмосферным оптическим сегментом. Разработана модель доступности квантового атмосферного канала связи на основе оценки скорости генерации просеянного ключа, возможности приема квантов света приемником одиночных фотонов и ключевых параметров распространения оптического сигнала. Приведены результаты расчетов максимальной рабочей дальности квантовой связи для типичных погодных условий в Центральном регионе России при различных характеристиках оборудования квантовой системы связи, которые могут использоваться при проектировании всепогодных квантовых систем связи. An analysis of the impact of atmospheric factors on a quantum hybrid communication system with an atmospheric optical segment was conducted. A model for the availability of a quantum atmospheric communication channel was developed based on an assessment of the sieved key generation rate, the ability of a single-photon receiver to receive light quanta, and key optical signal propagation parameters. Calculations of the maximum operating range of quantum communication under typical weather conditions in the central region of Russia, with various characteristics of the quantum communication system equipment, are presented. These calculations can be used in the design of all-weather quantum communication systems.
Рассматриваются существующие подходы к оценке влияния флуктуаций показателя преломления, вызванные перемешиванием воздушных масс с различной температурой, на устойчивость квантового канала связи. Учет влияния данного эффекта обусловлен его важностью в практических задачах, так как это напрямую влияет на надежность и доступность атмосферных каналов связи и, как результат, на точность наведения при случайных и регулярных рефракционных смещениях. В заключение подчеркивается необходимость дальнейших изысканий для разработки новых подходов в целях реализации устойчивых каналов связи и облечения процесса наведения в условиях изменяющейся атмосферы. The existing approaches to assessing the influence of refractive index fluctuations caused by mixing air masses with different temperatures on the stability of a quantum communication channel are considered. Taking into account the influence of this effect is due to its importance in practical problems, since it directly affects the reliability and availability of atmospheric communication channels and, as a result, the accuracy of targeting under random and regular refractive shifts. In conclusion, the need for further research to develop new approaches to implement stable communication channels and facilitate the targeting process in a changing atmosphere is emphasized.
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 существующие методы расчета атмосферных потерь в оптическом канале связи, а также новый метод, учитывающий влияние турбулентных ячеек (вихрей) атмосферы различных масштабов. В результате применения новой методики повышается точность расчета атмосферных потерь и, как следствие, точность оценки эффективности спутникового квантового распределения ключей. Сравниваются экспериментальные данные скорости генерации просеянной квантовой ключевой последовательности при нисходящем излучении между спутником и наземной станцией с результатами, полученными при помощи описанной методики оценки потерь, учитывающей влияние вихревой структуры атмосферы. The article discusses existing methods for calculating atmospheric losses, as well as a new approach that takes into account the influence of turbulent cells (vortices) of the atmosphere of various scales on the geometric parameters of the optical beam, allowing us to predict the deviation of optical radiation due to regular and random refraction. As a result, the accuracy of obtaining numerical results for calculating atmospheric losses and, as a consequence, assessing the efficiency of satellite quantum key distribution (QKD) is increased. The experimental data on the generation rate of the sifted quantum key sequence during downward radiation between the satellite and the ground station are compared with the results obtained using the described method of estimating losses, taking into account the influence of the vortex structure.
Проведен анализ влияния режима работы рубидиевого квантового генератора на предельное значение кратковременной нестабильности частоты квантового генератора. Показано, что при малых временах усреднения основной вклад в кратковременную нестабильность частоты рубидиевого квантового генератора вносят аддитивные шумы буферных каскадов. Приведены экспериментальные результаты, подтверждающие трактовку влияния аддитивного шума на стабильность частоты РКГ.
В статье рассматривается способ увеличения длины волоконно-оптического канала связи квантово-криптографической системы. Так же в статье рассматривается техническая сторона физического ограничения длины волоконно-оптической линии связи: проведен расчет, анализ и визуализация в виде графиков ключевых зависимостей видности и квантового коэффициента ошибки от длины волоконной линии связи. Способом, рассматриваемым для увеличения длины волоконно-оптического канала связи, является установка квантового повторителя в квантовую криптосистему.
Сверхпроводниковые кубиты представляют собой перспективную платформу для масштабируемых квантовых вычислений. Одним из наиболее перспективных вариантов увеличения количества кубитов в рамках процессора является использование модульных систем, в которых части процессора расположены на различных, но взаимосвязанных кристаллах. Подобный тип масштабирования требует эффективную передачу квантовых состояний между отдельными модулями. В данной работе мы теоретически исследовали модульную систему, состоящую из одиночных кубитов-флаксониумов, расположенных на отдельных подложках и соединенных модой распределенного резонатора на базе копланарной линии передач. Мы исследовали спектральные особенности подобной системы, промоделировали протокол передачи микроволнового квантового состояния между кубитами и построили топологию данного процессора. Путем оптимизации таких параметров, как частота моды распределенного резонатора и сила связи кубит-резонатор, мы достигли точности передачи квантового состояния 99,8 % в модели. Наш подход позволяет использовать топологии сверхпроводниковых чипов без существенной модернизации параметров самих кубитов, упрощая пути его внедрения для масштабирования квантовых процессоров на основе флаксониумов.