Протоколи передавання квантового ключа (стр. 2 из 2)
Тому дані абонентів будуть розрізнятися навіть при відсутності факту підслуховування. Якщо ж такий факт можливий, то очевидно, що противник - Е в результаті підслуховування може одержати правильні відомості про поляризацію не більше ніж половини фотонів, оскільки їй не відомі всі базиси, використовувані абонентом Б.
Якщо в даних А и Б немає розбіжностей у результаті серії зазначених перевірок, то можна зробити висновок, що частина ключа, яка залишилася, містить мало помилок (якщо вони взагалі є), а абоненту Е відома лише мала частина ключа.
Однофотонні стани поляризації більш зручні для передачі даних на великі відстані по оптичних кабелях. Такого роду схема показана на рис. 3 (алгоритм В92; R. J. Hughes, G. G. Luther, G. L. Morgan, C. G. Peterson and C. Simmons, "Quantum cryptography over optical fibers", Uni. of California, Physics Division, LANL, Los Alamos, NM 87545, USA).
У алгоритмі В92 приймач і передавач створюють систему, що базується на інтерферометрах Маха-Цендера.
Відправник визначає кути фазового зрушення, відповідні логічному нулю і одиниці (FA=p/2), а приймач задає свої фазові зрушення для логічного нуля (FB=3p/2) і одиниці (FB=p). У даному контексті зміна фази 2p відповідає зміні довжини шляху на одну довжину хвилі використованого випромінювання.
Рисунок 3 – Реалізація алгоритму В92
Хоча фотони поводяться при детектуванні як частинки, вони розповсюджуються як хвилі. Вірогідність того, що фотон, посланий відправником, детектуватиметься одержувачем дорівнює
PD = cos2{(FA - FB)/2} (1)
і характеризує інтерференцію амплітуд хвиль, що розповсюджуються по верхньому і нижньому шляхах (див. риc.4). Вірогідність реєстрації змінюється від 1 (при нульовій різниці фаз) до нуля.
Тут передбачається, що відправник і одержувач використовують фазові зрушення (FA, FB) = (0, 3p/2) для нульових біт і (FA, FB) = (p/2, p) для одиничних бітів (для алгоритму ВВ84 використовуються інші припущення).
Для реєстрації одиночних фотонів, крім ФЕУ, можуть використовуватися твердотільні лавинні фотодіоди (германієві і InGaAs). Для зниження рівня шуму їх слід охолоджувати.
Ефективність реєстрації одиночних фотонів знаходиться в діапазоні 10-40%. При цьому слід враховувати також досить високе поглинання світла оптичним волокном (~0,3-3ДБ/км).
Схема інтерферометра з двома волокнами достатньо нестабільна із-за різних властивостей транспортних волокон і може успішно працювати тільки при малих відстанях. Кращих характеристик можна досягти, мультіплексуя обидва шляхи фотонів в одне волокно (див. рис. 4).
Рисунок 4 – Інтерферометр з одним транспортним волокном
У цьому варіанті відправник і одержувач мають ідентичні нерівноплечі інтерферометри Маха-Цендера.
Різниця фаз довгого і короткого шляхів DT є набагато більшого часу когерентності світлового джерела. З цієї причини інтерференція в межах малих інтерферометрів не відбувається (Б).
Але на виході інтерферометра одержувача вона можлива (В). Вірогідність того, що фотонні амплітуди складуться (центральний пік вихідного сигналу інтерферометра В) дорівнює
P = (1/8)[1 + cos(FA - FB)] (2)
Слід відзначити, що ця амплітуда сигналу є в чотири рази меншого ніж у випадку, показаному на рис.4.
Розгалуджувачі пучка (напівпрозорі дзеркала) можуть бути замінені на оптоволоконні об'єднувачі (coupler). Практичні вимірювання для транспортного кабелю завдовжки 14 км показали ефективність генерації біту ключа на рівні 2,2 10-3 при частоті помилок (BER) близько 1,2%.