Исследователи из Лаборатории квантовой информатики Международного института фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО при поддержке коллег из университета Хериот-Ватт в Эдинбурге (Шотландия) представили принципиально новый подход к созданию систем квантовой связи для организации высокозащищенного обмена данными, а также продемонстрировал соответствующее устройство.

Передача однофотонных сигналов в системе при помощи разработанного метода возможна на расстояния более 250 километров. Статья с результатами исследования была опубликована в журнале Optics Express.

«Для рассылки квантовых бит мы используем так называемые боковые частоты, — сообщил руководитель Лаборатории квантовой информатики Артур Глейм. — Такой подход дает нам ряд существенных преимуществ. В частности, это ведет к существенному упрощению конструкции устройства, высокой устойчивости к внешним воздействиям и большой пропускной способности квантового канала связи. По скорости и дальности передачи информации наша система сопоставима с абсолютными рекордами в области квантовой коммуникации».

По мнению Роберта Коллинза, научного сотрудника Института фотоники и квантовых наук, Школы физико-технических наук Университета Хериот-Ватт, работа ученых может стать отправной точной для будущего развития всей квантовой криптографии.

«В перспективе данный подход способен обеспечить свободное сосуществование многих потоков данных с отличными друг от друга длинами волн в одном оптоволоконном кабеле. Более того, эти потоки могут подаваться прямо на существующие оптоволоконные линии совместно с традиционными коммуникациями», — считает он.

Для кодирования квантовых бит лазерное излучение направляют на специальное устройство — электрооптический фазовый модулятор. В нем центральная несущая волна, исходящая от лазера, расщепляется на несколько независимых волн. После передачи по оптической линии связи в блоке получателя независимо выполняется аналогичное расщепление. От фазового сдвига созданных отправителем и получателем волн относительно друг друга будет зависеть, усилят они друг друга или погасят. После их детектирования и обработки получаются на выходе нули и единицы, из комбинации которых состоит квантовый ключ.

Именно метод кодирования квантовых бит при помощи разности фаз позволяет достичь высокой стабильности сигнала в системе.

«При прохождении через оптоволоконный кабель, — поясняет Олег Банник, один из разработчиков системы, сотрудник Лаборатории квантовой информатики Университета ИТМО, — все волны претерпевают непредвиденные изменения, которые везде одинаковы, благодаря чему при повторном прохождении волн через модулятор получателя изменения нивелируются и мы имеем ту же самую комбинацию, что и у отправителя».