Устройство квантовой коммуникации, устойчивое к навязыванию срабатываний детектора одиночных фотонов

Изобретение относится к области фотонной квантовой связи. Технический результат заявляемого устройства заключается в обнаружении атак с навязыванием срабатываний однофотонному детектору устройств фотонной квантовой связи. Устройство передачи квантовых состояний состоит из блока отправителя, квантового канала связи (1), соединенного с блоком отправителя, первого волоконного спектрального фильтра (2), подключенного к квантовому каналу связи, трехпортового волоконного оптического циркулятора (3), первый порт которого подключен к первому волоконному спектральному фильтру, второй порт волоконного оптического циркулятора подключен к второму волоконному спектральному фильтру (4), волоконного оптического переключателя (5), соединенного со вторым волоконным спектральным фильтром, двух фотодетекторов (6, 7), подключенных к волоконному оптическому переключателю, и однофотонного детектора (8), подключенного к третьему порту волоконного оптического циркулятора. 1 ил.

 

Изобретение относится к технике оптической связи, а именно к системам фотонной квантовой связи.

Известно устройство квантовой коммуникации, устойчивое к навязыванию срабатываний детектора одиночных фотонов [Патент США 10 020 937 B2, дата приоритета 10.07.2018. МКИ: HO4L 9/08; H04L 9/0852]. Данное устройство основано на случайных изменениях значений настраиваемых параметров конкретного детектора одиночных фотонов. В качестве настраиваемых параметров могут выступать квантовая эффективность и/или частота стробирования детектора одиночных фотонов. В процессе работы устройства квантовой связи случайным образом изменяются значения настраиваемых параметров детектора, после чего происходит сравнение измеренного значения вероятности детектирования для каждого из параметров с ожидаемыми значениями вероятности детектирования, в случае расхождения ожидаемых и измеренных значений вероятности детектирования производится регистрация навязывания срабатываний, после чего данные срабатывания исключаются из процесса передачи квантовой информации.

Представленное устройство имеет недостатки. Случайное изменение настраиваемых параметров детектора одиночных фотонов негативно сказывается на скорости работы системы.

Стандартный детектор одиночных фотонов, используемый в системах фотонной квантовой связи, не защищен от навязывания срабатываний. Можно получить контроль над детектором одиночных фотонов, внедрившись в квантовый канал связи, посылая в приемный блок системы фотонной квантовой связи постоянный уровень оптического излучения, превышающий порог оптической мощности, для навязывания срабатываний детектора одиночных фотонов. После чего можно контролировать срабатывания детектора путем отправки оптических импульсов, превышающих по мощности постоянный уровень оптического излучения, необходимого для навязывания срабатываний. С учетом этих обстоятельств, системы фотонной квантовой связи, использующие детекторы одиночных фотонов без защиты от навязывания срабатываний, обладают низкой степенью защищенности квантовой информации.

Изобретение решает задачу повышения степени защищенности квантовой информации посредством контроля оптической мощности излучения, попадающего из квантового канала связи в блок получателя системы фотонной квантовой связи.

Поставленная задача решается следующим образом. Технический результат обнаружения атак с навязыванием срабатываний однофотонному детектору устройств фотонной квантовой связи достигается тем, что в состав блока получателя введены: волоконный оптический спектральный фильтр, волоконный оптический циркулятор, волоконный оптический переключатель, два фотодетектора с различной оптической чувствительностью. Устройство системы фотонной квантовой связи представлено на чертеже, где 1 - канал для передачи одиночных фотонов, 6, 7 - фотодетекторы с различной оптической чувствительностью, 5 - волоконный оптический переключатель или волоконный оптический светоделитель, 2, 4 - спектральный фильтр, 8 - детектор одиночных фотонов, 3 - волоконный оптический циркулятор (с указанием номеров портов).

Устройство отличается тем, что в блоке получателя устройства фотонной квантовой связи установлены: волоконный спектральный фильтр, волоконный оптический циркулятор, второй волоконный оптический спектральный фильтр, волоконный оптический переключатель, два оптических фотодетектора с различной оптической чувствительностью.

Принцип работы устройства: однофотонное излучение, несущее информацию в виде квантовых состояний, необходимую для передачи квантовой информации, из блока отправителя системы фотонной квантовой связи, проходя через квантовый канал, попадает в блок получателя системы фотонной квантовой связи. В блоке получателя излучение попадает на волоконный спектральный фильтр, отрезающий весь спектральный диапазон длин волн, не участвующий в передаче квантовой информации, далее излучение проходит через первый порт волоконного оптического циркулятора и попадает на второй волоконный спектральный фильтр, отражающий узкий спектральный диапазон, в котором находятся однофотонное излучение, несущее информацию, необходимую для передачи квантовой информации и, в некоторых реализациях систем фотонной квантовой связи, также вспомогательное излучение, не содержащее информацию о квантовых состояниях одиночных фотонов, отраженное от волоконного спектрального фильтра излучение проходит через второй порт волоконного оптического циркулятора и попадает на детектор одиночных фотонов. Излучение, прошедшее через второй волоконный спектральный фильтр попадает на волоконный оптический переключатель или волоконный оптический светоделитель, который направляет его на два фотодетектора с различной оптической чувствительностью для постоянного контроля оптической мощности излучения, прошедшего через первый волоконный спектральный фильтр. Постоянный контроль оптической мощности излучения, прошедшего через волоконный спектральный фильтр, позволяет обнаружить попытку навязывания срабатываний детектора одиночных фотонов. Использование волоконного оптического переключателя и двух фотодетекторов с различной чувствительностью позволит контролировать широкий диапазон оптических мощностей.

Устройство для передачи квантовых состояний, состоящее из блока отправителя, квантового канала, соединенного с блоком отправителя, первого волоконного спектрального фильтра, подключенного к квантовому каналу связи, трехпортового волоконного оптического циркулятора, первый порт которого подключен к первому волоконному спектральному фильтру, второй порт волоконного оптического циркулятора подключен к второму волоконному спектральному фильтру, волоконного оптического переключателя, соединенного со вторым волоконным спектральным фильтром, двух фотодетекторов, подключенных к волоконному оптическому переключателю, и однофотонного детектора, подключенного к третьему порту волоконного оптического циркулятора.