Cистемы квантовой криптографии

1. Введение

Непрерывное совершенствование технологии производства радиоматериалов и принципов конструирования аппаратуры привело к тому, что параметры значительного числа радиоустройств, предназначенных для работы в обычном интервале температур, приблизились к теоретически достижимому пределу. Это означает, что возможности, определяемые свойствами веществ, из которых изготовлены компоненты радиоаппаратуры, при комнатных температурах во многом уже исчерпаны. Использование низких температур позволяет преодолеть это препятствие и открывает новые пути в разработке радиоэлектронных систем.

В последние годы по всему миру активно разрабатываются системы квантовой криптографии. В лаборатории кафедры ведутся работы по созданию фотодетекторов для систем квантовой криптографии. Требование высокой чувствительности, вплоть до регистрации единичных фотонов, и низкого уровня ложных срабатываний приводит к необходимости использования в качестве чувствительного элемента лавинного фотодиода, охлажденного до низких температур. Так как характеристики фотодиода сильно зависят от температуры, ее необходимо стабилизировать с высокой точностью. Типовые значения рабочих температур фотодиодов −50…−80 оС при точности ее поддержания не хуже десятых долей градуса.

При исследовании экспериментальных моделей фотодетекторов необходимо также изменение температуры, что повышает требования к оптимизации переходных процессов, возникающих в системе регулирования. Все это в сочетании с высокой точностью поддержания температуры вплоть до предельно низких значений, требует тщательного расчета и экспериментальной проработки не только электронной части системы охлаждения, но и конструкции устройства.

Таким образом, целью данной работы является:

— создание автономной и компактной системы охлаждения фотодиодов до температуры −50…−60 оС;

— разработка системы автоматического регулирования (САР) для поддержания заданной температуры фотодиодов с точностью до 0.1 оС.

В NTNU ведутся работы по созданию квантовой криптографической системы передачи ключа с фазовым кодированием. Эта работа требует не только настройки оптических компонентов, но и написания программного обеспечения. В мою задачу входило создание программы для осуществления передачи ключа между двумя объектами и вычисления процента ошибки (QBER (Quantum Bit Error Rate)), а также реализация блокировки сопровождающего импульса сигнала (afterpulse blocking) на программном уровне. Необходимо было получить значение QBER<11%.

Также в дипломе рассмотрены принципы криптографии, приведено сравнение классических и квантовых криптосистем, и объяснено преимущество квантовых систем с фазовым кодированием.