Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2026, выпуск 2 » Статья стр. 351
<<<>>>
Система синхронизации для устройств квантового распределения ключей
Рудавин Н.В.1,2, Ящук В.Ю.1, Феимов А.А.1,3, Ожегов Р.В.3,2, Шаховой Р.А.1,3
1QRate, Сколково, Россия
2Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики", Москва, Россия
3Центр компетенций НТИ "Квантовые коммуникации", Национальный исследовательский технологический университет МИСиС, Москва, Россия
Email: n.rudavin@goqrate.com
Поступила в редакцию: 17 марта 2025 г.
В окончательной редакции: 30 апреля 2025 г.
Принята к печати: 1 мая 2025 г.
Выставление онлайн: 5 января 2026 г.
PDF версия
В коммерческих устройствах квантового распределения ключей (КРК) высокая точность синхронизации между генераторами опорных частот передатчика и приемника играет ключевую роль для обеспечения их функционирования. Предложена реализация системы коррекции разницы частот генераторов для устройства КРК. Подробно описаны оптическая схема системы синхронизации, двухступенчатый метод коррекции частот и помехоустойчивый метод автоматического определения момента старта приема и передачи квантовых состояний на приемнике и передатчике. Для подтверждения работоспособности предложенных технических решений был проведен ряд экспериментов с использованием реального устройства КРК, реализующего протокол BB84. В результате было продемонстрировано, что все компоненты предложенной системы коррекции разницы частот работают стабильно. Точность стабилизации гарантирует надежное распределение секретных ключей между удаленными узлами. Ключевые слова: стабильность генератора опорной частоты, синтезатор частот, временное и спектральное мультиплексирование, метастабильность, фазовая ошибка, М-последовательность, синхронизация, квантовое распределение ключей.
  1. Ch.H. Bennett, G. Brassard. Theoret. Comput. Sci., 560, 7 (2014). DOI: 10.1016/j.tcs.2014.05.025
  2. C.E. Shannon. Bell System Tech. J., 27 (3), 379 (1948). DOI: 10.1002/j.1538-7305.1948.tb01338.x
  3. N. Gisin, G. Ribordy, W. Tittel, H. Zbinden. Rev. Mod. Phys., 74 (1), 145 (2002), DOI: 10.1103/RevModPhys.74.145
  4. V. Scarani, H. Bechmann-Pasquinucci, N.J. Cerf, M. Duvsek, N. Lutkenhaus, M. Peev, Rev. Mod. Phys., 81 (3), 1301 (2009). DOI: 10.1103/RevModPhys.81.1301
  5. D. Boneh и др. Notices of the AMS, 46 (2), 203 (1999)
  6. M. Sasaki, M. Fujiwara, H. Ishizuka, W. Klaus, K. Wakui, M. Takeoka, S. Miki, T. Yamashita, Z. Wang, A. Tanaka, K. Yoshino, Y. Nambu, S. Takahashi, A. Tajima, A. Tomita, T. Domeki, T. Hasegawa, Y. Sakai, H. Kobayashi, T. Asai, K. Shimizu, T. Tokura, T. Tsurumaru, M. Matsui, T. Honjo, K. Tamaki, H. Takesue, Y. Tokura, J.F. Dynes, A.R. Dixon, A.W. Sharpe, Z.L. Yuan, A.J. Shields, S. Uchikoga, M. Legre, S. Robyr, P. Trinkler, L. Monat, J.-B. Page, G. Ribordy, A. Poppe, A. Allacher, O. Maurhart, T. Langer, M. Peev, A. Zeilinger. Opt. Express, 19 (11), 10387 (2011). DOI: 10.1364/OE.19.010387
  7. B. Korzh, Ch. Ci Wen Lim, R. Houlmann, N. Gisin, M. Jun Li, D. Nolan, B. Sanguinetti, R. Thew, H. Zbinden. Nat. Photonics, 9, 163 (2015). DOI: 10.1038/nphoton.2014.327
  8. H.-L. Yin, T.-Y. Chen, Z.-W. Yu, H. Liu, L.-X. You, Y.-H. Zhou, S.-J. Chen, Y. Mao, M.-Q. Huang, W.-J. Zhang, H. Chen, M.J. Li, D. Nolan, F. Zhou, X. Jiang, Z. Wang, Q. Zhang, X.-B. Wang, J.-W. Pan. Phys. Rev. Lett., 117 (19), 190501 (2016). DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.190501
  9. A. Tanaka, M. Fujiwara, S.W. Nam, Y. Nambu, S. Takahashi, W. Maeda, K.-I. Yoshino, Sh. Miki, Bu. Baek, Zh. Wang, A. Tajima, M. Sasaki, A. Tomita. Opt. Express, 16 (15), 11354 (2008). DOI: 10.1364/OE.16.011354
  10. O.L. Guerreau, J.-M. Merolla, A. Soujaeff, F. Patois, J.-P. Goedgebuer, F.J. Malassenet. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., 9 (6), 1533 (2004). DOI: 10.1109/JSTQE.2003.820929
  11. R.D. Cochran, D.J. Gauthier. Qubit-based clock synchronization for QKD systems using a Bayesian approach. arXiv (2021). DOI: 10. 3390/e23080988.eprint:2107.01304
  12. J.C. Bienfang, A.J. Gross, A. Mink, B.J. Hershman, A. Nakassis, X. Tang, R. Lu, D.H. Su, Ch.W. Clark, C.J. Williams, E.W. Hagley, J. Wen. Opt. Express, 12 (9), 2011 (2004). DOI: 10.1364/OPEX.12.002011
  13. Р.М. Гальярди, Ш. Карп. Оптическая связь. (Астрель Связь, 1976)
  14. J.R. Vig. NASA STI/Recon Technical Report, 95, 19519 (1994)
  15. M. Frerking. Crystal oscillator design and temperature compensation. (Springer Science \& Business Media, 2012)
  16. A. Duplinskiy, V. Ustimchik, A. Kanapin, V. Kurochkin, Y. Kurochkin. Opt. Express, 25 (23), 28886 (2017). DOI: 10.1364/OE.25.028886
  17. K.A. Patel, J.F. Dynes, I. Choi, A.W. Sharpe, A.R. Dixon, Z.L. Yuan, R.V. Penty, A.J. Shields. Phys. Rev. X, 2 (4), 041010 (2012). DOI: 10.1103/PhysRevX.2.041010
  18. J.F. Dynes, W. WS Tam, A. Plews, B. Frohlich, A.W. Sharpe, M. Lucamarini, Zh. Yuan, Ch. Radig, A. Straw, T. Edwards et al. Scientific reports, 6 (1), 35149 (2016)
  19. R. Kumar, H. Qin и R. Alleaume. New J. Phys., 17 (4), 043027 (2015). DOI: 10.1088/1367-2630/17/4/043027
  20. P. Eraerds, N. Walenta, M. Legre, N. Gisin, H. Zbinden. New J. Phys., 12 (6), 063027 (2010). DOI: 10.1088/1367-2630/12/6/063027
  21. Y. Mao, B.-X. Wang, Ch. Zhao, G. Wang, R. Wang, H. Wang, F. Zhou, J. Nie, Q. Chen, Y. Zhao, Q. Zhang, J. Zhang, T.-Y. Chen, J.-W. Pan. Opt. Express, 26 (5), 6010 (2018). DOI: 10.1364/OE.26.006010
  22. A.V. Duplinskiy, E.O. Kiktenko, N.O. Pozhar, M.N. Anufriev, R.P. Ermakov, A.I. Kotov, A.V. Brodskiy, R.R. Yunusov, V.L. Kurochkin, A.K. Fedorov, Y.V. Kurochkin. Quantum-secured data transmission in urban fibre-optic communication lines. arXiv (2017). DOI: 10.1007/s10946-018-9697-1
  23. N. Walenta, A. Burg, D. Caselunghe, J. Constantin, N. Gisin, O. Guinnard, R. Houlmann, P. Junod, B. Korzh, N. Kulesza, M. Legre, C.W. Lim, T. Lunghi, L. Monat, C. Portmann, M. Soucarros, R.T. Thew, P. Trinkler, G. Trolliet, F. Vannel, H. Zbinden. New J. Phys., 16 (1), 013047 (2014). DOI: 10.1088/1367-2630/16/1/013047
  24. C. Ho, A. Lamas-Linares, Ch. Kurtsiefer. New J. Phys., 11 (4), 045011 (2009). DOI: 10.1088/1367-2630/11/4/045011
  25. L. Calderaro, A. Stanco, C. Agnesi, M. Avesani, D. Dequal, P. Villoresi, G. Vallone. Phys. Rev. Appl., 13 (5), 054041 (2020). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.13.054041
  26. E. Mendes, S. Baron, C. Soos, J. Troska, P. Novellini. IEEE Trans. Nucl. Sci., 67 (3), 473 (2020). DOI: 10.1109/TNS.2020.2968112
  27. Bing Qi Liu, Ming Zhe Liu, Gang Yang, Xiao Bo Mao, Huai Liang Li. App. Mechan. Mater., 650, 3440 (2014). DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.644-650.3440
  28. S. Das, U. Basu, R. Das, Sh. Saha, A. Basu. FPGA Implementation of Asynchronous FIFO. Proceedings of International Conference on Industrial Instrumentation and Control (Springer, Singapore: 2022), с. 399-407. DOI: 10.1007/978-981-16-7011-4_39
  29. A. Grebene, H. Camenzind. Phase locking as a new approach for tuned integrated circuits. 1969 IEEE International Solid-State Circuits Conference.Digest of Technical Papers. (IEEE, 1969) DOI: 10.1109/ISSCC.1969.1154749
  30. L.N. Arruda, S.M. Silva, B.J.C. Filho. PLL structures for utility connected systems. Conference Record of the 2001 IEEE Industry Applications Conference. 36th IAS Annual Meeting (Cat. No. 01CH37248) (IEEE, 2001), с. 2001-04. DOI: 10.1109/IAS.2001.955993
  31. G.A. Leonov, N.V. Kuznetsov, M.V. Yuldashev, R.V. Yuldashev. IEEE Trans. Circ. Syst. I, 62 (10), 2454 (2017). DOI: 10.1109/TCSI.2015.2476295.27
  32. J.P. Eckert. Proc. IRE, 41 (10), 1393 (2007). DOI: 10.1109/JRPROC.1953.274316
  33. L. Kleeman, A. Cantoni. IEEE Des. Test Comput., 4 (6), 4 (2007). DOI: 10.1109/MDT.1987.295189
  34. L.-S. Kim, R.W. Dutton. IEEE J. Solid-State Circuits, 25 (4), 942 (1990). DOI: 10.1109/4.58286
  35. J.U. Horstmann, H.W. Eichel, R.L. Coates. IEEE J. Solid-State Circuits, 24 (1), 146 (1989). DOI: 10.1109/4.16314
  36. K.H. Ang, G. Chong, Y. Li. IEEE Trans. Control Syst. Technol., 13 (4), 559 (2005). DOI: 10.1109/TCST.2005.847331
  37. C. Knospe. IEEE Control Syst. Mag., 26 (1), 30 (2006). DOI: 10.1109/MCS.2006.1580151
  38. H.O. Bansal, R. Sharma, P.R. Shreeraman. J. Control Eng. Technol. 2 (4), (2012)
  39. Л.Е. Варакин. Системы связи с шумоподобными сигналами (1985)
  40. D.V. Sarwate, M.B. Pursley. Proc. IEEE, 68 (5), 593 (2005). DOI: 10.1109/PROC.1980.11697
  41. R.J. McEliece. Finite fields for computer scientists and engineers (Springer Science \& Business Media, 2012)
  42. Я.Д. Ширман. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех (Рипол Классик, 1981)
  43. D. Whitlow. Microwave J., 46 (5), 254 (2003).

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2026 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme