СКВОЗНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ТРЕТЬЕЙ ВОЛНЫ: ФОТОНИКА И КВАНТОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
КВАНТОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ВАДИМ РОДИМИН
СТАРШИЙ НАУЧНЫЙ СОТРУДНИК РОССИЙСКОГО КВАНТОВОГО ЦЕНТРА
НА СТРАЖЕ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
Общие понятия о квантовой криптографии
Квантовая криптография — относительно молодое направление. Можно сказать, что оно родилось в 70-е годы прошлого века из абстрактной идеи Стивена Визнера, предложившего «квантовые деньги», которые невозможно подделать в процессе копирования. В 80-е годы Чарльз Беннет и Жиль Брассар разработали и экспериментально реализовали первый протокол распределения квантового ключа BB84.
Можно сказать, что квантовое распределение ключа — это специальный генератор случайных чисел, позволяющий получать одинаковые случайные последовательности в далеко разнесенных друг от друга местах
При этом эти последовательности — ключи — остаются конфиденциальными. Конфиденциальность ключей основана на том, что процесс их генерации происходит на уровне однофотонных квантовых состояний, обладающих фундаментальным свойством квантовой хрупкости. Если злоумышленник пытается по пути перехватить квантовые состояния, то они будут частично разрушаться, не позволяя злоумышленнику скрыть своего присутствия. Полученный симметричный ключ можно в дальнейшем использовать для шифрования данных методом одноразовых блокнотов, обеспечивая тем самым безусловную защищенность информации.
На роль квантового носителя информации лучше всего подходит фотон. В оптоволоконных линиях связи даже у одиночного фотона есть весомые шансы преодолеть сотню километров и не потеряться. Одиночный фотон проявляет и волновые свойства: помимо квантового состояния поляризации, одиночный фотон демонстрирует деструктивную и конструктивную интерференции, что также можно использовать для кодирования информации.
Схема Plug&Play
Для квантового распределения ключа придумано уже множество протоколов и множество оптических схем реализации. Оптическая схема Plug&Play — одна из самых человеколюбивых в плане настройки. Это двупроходная автокомпенсационная оптоволоконная схема с использованием интерферометра Маха-Цендера для фазового кодирования. Детальное описание принципов работы схемы plug&play можно найти во многих источниках.
Схема работает на длине волны телекоммуникационного стандарта 1,55 мкм. Циркулятор, светоделители, зеркало Фарадея и фазомодуляторы — стандартные оптические компоненты. Квантовый канал представляет из себя обычное телекоммуникационное одномодовое оптоволокно длиной до сотни километров, насколько позволяет шум детектора.
об установке ркц
В нашей группе мы разработали систему для построения оптических экспериментов и быстрого прототипирования оптических устройств. Платформа имеет ПЛИС-функционал работы в реальном времени, сочетающийся с простотой программирования на LabVIEW. На основе разработанной платформы построена система квантовой криптографии, опробованная как в лабораторных, так и в полевых условиях. Система обладает инженерным, научным и образовательным потенциалами.
материалы
Модуль руководителя группы квантовых коммуникаций РКЦ Юрия Курочкина
Выступление на научно-просветительском проекте «Курилка Гутенберга»
"Practical challenges in quantum key distribution", Eleni Diamanti, Hoi-Kwong Lo, Bing Qi & Zhiliang Yuan. Nature, 2016
#квантовыетехнологии #квантоваякриптография #ркц #российскийквантовыйцентр #третьяволна
Больше лонгридов и заданий доступны при записи на курс