Розроблено програму для квантового розподілу ключів у бездротовому зв'язку.

Сьогодні існує безліч комерційних компаній, що пропонують обладнання для реалізації КРК у волоконно-оптичних лініях зв'язку (ВОЛЗ). Системи КРК у вільному просторі, такі як атмосферні оптичні лінії зв'язку (АОЛЗ), мають ряд переваг, але поки що не знайшли широкого застосування через відсутність серійних пристроїв, які реалізують технологію КРК в атмосфері.

Пристрої квантових комунікацій у вільному просторі поки що існують лише у вигляді експериментальних стендів, призначених для вирішення конкретних наукових завдань. Існують приклади систем, що використовують горизонтальні атмосферні траси та штучні супутники Землі, але вони поки що не готові до практичного застосування через ряд нерозв'язаних технічних проблем. Однак, незважаючи на всі труднощі, перспективи розвитку КРК у вільному просторі виглядають дуже обнадійливо. Одним із найцікавіших рішень є модульний підхід, за якого серійні термінали АОЛЗ з'єднуються з комерційними блоками КРК, розробленими для ВОЛЗ. Таке рішення запропонували вчені МТУСІ.

«Це дозволяє мінімізувати часові та матеріальні витрати. При цьому необхідно враховувати, що просте сполучення різних пристроїв не завжди забезпечує стабільний розподіл квантових ключів з необхідною швидкістю. Для компенсації динамічних втрат на атмосферних трасах можна використовувати методи адаптивної оптики, окрім цього слід додатково враховувати фонові засвітки, що вимагає проведення системних досліджень впливу численних факторів на швидкість формування квантового ключа на атмосферних трасах», — зазначив Сергій Юрійович Казанцев, доктор фізико-математичних наук, професор кафедри НТС МТУСІ.

На базі МТУСІ створено апаратно-програмний комплекс для дослідження технології квантового розподілу ключів (КРК) у бездротових системах зв'язку на основі серійних модулів.

«Загальна схема комплексу складається з двох оптичних модулів прийому та передачі сигналу у відкритому просторі, навчальної установки EMQOS 1.0 та волоконно-оптичних кабелів. Термінали атмосферної оптичної лінії зв'язку встановлені на дахах двох корпусів МТУСІ, а навчальна установка підключена до одного з них через волоконно-оптичний кабель. Відстань між модулями становить 180 метрів, а висота їх розміщення над поверхнею землі — близько 30 метрів. У навчальній установці EMQOS 1.0 використовується двопрохідна схема для передачі квантового ключа за протоколом BB84 з фазовим кодуванням. Це дозволяє досліджувати вплив атмосферних умов на стабільність передачі квантових ключів і розробити методи компенсації виникаючих перешкод», — розповів доцент, кандидат технічних наук Юрій Миронов.

Комплекс дозволяє досліджувати вплив динамічних втрат на атмосферну трасу, а також вплив фонового засвічення на відсоток бітових помилок і швидкість розподілу квантового ключа.

«Для цього в комплекс замість EMQOS 1.0 підключалися інші пристрої: джерело випромінювання з довжиною хвилі 1530-1550 нанометрів, два фотоприймачі, а також спектрометр, за допомогою яких вдалося перевірити кореляцію оптичних втрат у квантовому каналі та втрат у інформаційному і тестовому каналах АОЛЗ за різних погодних умов. Крім того, це дозволило контролювати фонове засвічення від природних та штучних джерел випромінювання за допомогою спектрометра і поляриметра», – пояснила учасниця експериментів на створеному комплексі Наталія Володимирівна Пчелкіна, кандидат технічних наук, доцент кафедри НТС.

Вимірювання показали, що погодні умови не мають помітного впливу на зміну поляризації фотонів. Однак повільний дрейф поляризації, викликаний впливом на оптичний кабель, може значно погіршити роботу системи. Тому в EMQOS 1.0 були додані додаткові спектральні фільтри», — розповів Кирило Єрохін, студент МТУСІ, лаборант навчальних лабораторій кафедри НТС.

Після установки стандартного комерційного оптичного фільтра перед детектором однофотонів комплексу EMQOS 1.0 стало можливим здійснювати передачу квантового ключа на відстань 180 м і досліджувати вплив погодних умов на швидкість генерації квантового ключа.

Створений апаратно-програмний комплекс дозволяє за різних погодних умов вести моніторинг параметрів як класичного, так і квантового каналу зв'язку, реалізованих у вільній атмосфері, а модульна структура комплексу дає можливість підключати інше квантове обладнання для проведення порівняльних випробувань ефективності роботи систем квантового зв'язку в умовах реальної атмосферної траси.