Ученые из Национального института стандартов и технологии стремятся удешевить квантовую криптографию.
Группа исследователей из Национального института стандартов и технологии США (NIST) сообщила о новом методе уменьшения затрат, связанных с передачей квантовых ключей (quantum key distribution, QKD). В статье, которую они собираются опубликовать в IEEE Communications Letters, ученые описывают схему DTBS (detection-time-bin-shift), разработанную на основе системы QKD с использованием обычного оптоволокна. В DTBS один детектор применяется для приема двух потоков фотонов благодаря задержке одного из них. Созданная учеными система DTBS QKD создает просеянные ключи со скоростью свыше 1 Мбит/с. Суммарная частота появления ошибочных битов составляет менее 2% на 1,1 км оптоволоконного кабеля.
Квантовая криптография основана на принципах квантовой механики. Это позволяет двум участникам процесса передачи информации создавать общий случайный набор битов для шифрования и дешифровки сообщений, который будет использоваться только ими. Многие считают QKD очень надежной системой, поскольку она позволяет двум участникам общения выявлять любые попытки третьей стороны получить доступ к ключу. Однако высокая стоимость может стать для многих предприятий препятствием к ее использованию, заявил исследователь из NIST Хияо Танг.
“Если говорить о квантовой криптографии, то я бы сказал, что это технология в чистом виде. А способы ее использования совершенно очевидны, — продолжал он. — Тем не менее когда вы хотите превратить результаты экспериментальных работ в коммерческий продукт, необходимо пройти через множество этапов. Один из наиболее важных вопросов связан со снижением стоимости. Если удастся его решить, будет гораздо проще выйти на рынок”.
В квантовой криптографии получатель сообщения должен определить характеристики передаваемой отправителем последовательности фотонов (частиц, образующих поток света). При использовании наиболее употребительного протокола BB84, основанного на поляризации фотонов, получатель должен иметь четыре детектора фотонов. По данным NIST, стоимость каждого из них составляет от 5 до 20 тыс. долл. Одна пара детекторов регистрирует фотоны с горизонтальной и вертикальной поляризацией, которая интерпретируется соответственно как 0 или 1. Другая пара детекторов регистрирует фотоны с диагональной поляризацией (+/-45⁰). “Северовосточная” или “северозападная” направленность также обозначаются нулём или единицей
В соответствии с новым методом ученые устанавливают оптическое устройство, которое разворачивает диагонально поляризованные фотоны еще на 45⁰, формирует из них отдельную временную последовательность и с задержкой направляет их в тот же детектор, куда поступают горизонтально и вертикально поляризованные фотоны. Таким образом, одна пара детекторов может использоваться для последовательного считывания переносимой фотонами информации независимо от вида поляризации. Это позволяет сократить число необходимых детекторов с четырех до двух. При использовании другого протокола, именуемого B92, исследователям удалось уменьшить потребность в детекторах с двух до одного.
Уже после написания статьи ученые сделали еще один шаг вперед. Они добились, чтобы для протокола BB84 можно было применять один детектор вместо четырех.
“В начальной стадии развития QKD позволяет поддерживать связь “точка –точка”. Информацией могут обмениваться только два объекта, — сказал Танг. — В настоящее время мы пытаемся создать сеть. В лаборатории мы недавно продемонстрировали возможность связи между тремя участниками. Это очень простая сеть, но в ней используется весьма сложная технология... Следующий шаг будет заключаться в применении подобной конфигурации в имеющихся волоконно-оптических сетях”.
