Исследование интерференции слабых когерентных многомодовых состояний для задач квантовой коммуникации с недоверенным приемным узлом

Предмет исследования

Представлены результаты аналитического и экспериментального исследования возможности формирования квантовых бит в результате интерференции когерентных многомодовых состояний на приемном узле. Такие состояния образуются на боковых частотах в результате фазовой модуляции несущей частоты из оптического диапазона. Предполагается, что оба абонента распределены в пространстве, однако приемный узел может быть подконтролен злоумышленнику. 

Метод

В работе продемонстрирован метод формирования исходных состояний. Показаны их распространение по оптическому волокну и результат интерференции. Для описания использовано классическое приближение. В эксперименте измеритель мощности подключался на стороне приемного узла. Результат интерференции оптических сигналов наблюдался на четырехпортовом волоконном светоделителе с коэффициентом деления 50:50. Измеряемые величины зависят от разности фаз высокочастотных электрических модулирующих сигналов (4,8 ГГц), используемых при фазовой модуляции в кристалле ниобата лития LiNbO3 интенсивной несущей частоты в оптическом диапазоне (1550 нм). 

Основные результаты

Экспериментально полученные зависимости соотносятся с результатами аналитического исследования. Наблюдается изменение мощности оптического сигнала на боковых частотах фазомодулированного излучения в результате интерференции по гармоническому закону. Видность интерференционной картины при этом достигает 97,4%. Показано, что предметом дальнейшего исследования является построение модели в рамках терминов квантовой оптики, а также проведение экспериментов в квазиоднофотонном режиме. 

Практическая значимость

Результаты исследования могут найти практическое применение при формировании протоколов для систем квантовой коммуникации и построения новых типов систем. В таких системах повышенное внимание будет уделяться не только потенциальному воздействию злоумышленника на квантовые состояния в канале, но и на подверженные атакам приемные узлы. Показано, что использование абонентами метода формирования квантовых состояний на боковых частотах позволяет извлекать информацию, а злоумышленник лишен такой возможности из-за неоднозначности результатов срабатывания приемного узла даже при обладании им.

Фото: Shutterstock/FOTODOM

Компании