Устройство синхронизации для систем квантового распределения ключа на боковых частотах в топологии типа звезда Российский патент 2025 года по МПК H04L9/08 

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

Система квантового распределения ключей должна обеспечивать выработку, хранение и распределение секретных ключей, в частности, в квантовых сетях топологии «Звезда». Получатель и отправитель соединены квантовым каналом, по которому передаются ослабленные когерентные состояния, несущие информацию для генерации секретного ключа. На стороне получателя ослабленные когерентные состояния регистрируются детектором одиночных фотонов. Для обеспечения корректной работы системы реализуется синхронизация отправителя и получателя, обеспечивающая срабатывание детектора одиночных фотонов непосредственно в момент прихода сигнальных импульсов и других использующихся в получателе оптических элементов, для которых важно воздействовать на конкретный сигнальный импульс, полученный от отправителя.

Известно устройство квантовой рассылки криптографического ключа, реализующее синхронизацию устройств отправителя и получателя [Патент RU 2454810 C1, дата приоритета 2010-11-24, МКИ: МКИ H04L 9/08], в котором синхронизация обеспечивается следующим образом. Источником модулирующего сигнала как в приемном, так и в передающем устройствах является генератор радиочастотного сигнала. Синхронизация генераторов радиочастотного сигнала на передающем и приемном устройствах осуществляется с помощью устройства фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), встроенного в каждый генератор радиочастотного сигнала. ФАПЧ комплексное устройство с задающим генератором тактовой частоты, делителями частоты задающего генератора, генератором напряжения, позволяющим смещать фазу от 0 до 2π, фильтром нижних частот и компаратором (фазовым детектором). Высокочастотный сигнал от задающего генератора разветвляется по 2 линиям передачи и поступает к устройству ФАПЧ каждого генератора радиочастотного сигнала. Генератор тактовой частоты посылает через свой разветвитель 1×2 импульсы на синхронизационный вход устройства сдвига фазы. В приемном и передающем устройствах фазовый сдвиг вносится и регулируется устройством фазового сдвига, выполненного на основе ферритового фазовращателя. Синхронизационный вход устройства сдвига фазы соединен с генератором случайных состояний, который соединен с обмоткой магнитной системы фазовращателя, с помощью которой изменяется значение вносимого сдвига фазы радиочастотного сигнала.

Однако данное устройство синхронизации имеет достаточно сложную реализацию, содержит большое количество устройств для обеспечения синхронизации.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение и удешевление по себестоимости устройства синхронизации модуля отправителя и получателя в системах квантового распределения ключа, а также повышение точности работы системы за счет использования импульсного источника когерентного излучения с распределенной обратной связью, светоделителя 99/1 и оптического канала синхронизации.

Технический результат достигается за счет применения следующих технических решений и методов; модули отправителя и получателя соединены оптическим квантовым и синхронизационным каналами, при этом в качестве источника когерентного излучения в модуле отправителя выступает импульсный источник когерентного излучения с распределенной обратной связью, к которому подключен светоделитель 99/1, разделяющий излучение на квантовый канал, являющийся одним из выходов устройства и получаемый после прохождения излучения через модуль оптического преобразования отправителя, и канал синхронизации, являющийся вторым выходом из устройства, при этом квантовый и синхронизационный канал имеют одинаковый оптический путь и подключены к модулю получателя, где квантовый канал соединен с модулем оптического преобразования получателя, а канал синхронизации подключен к плате контроля и управления, соединенной с модулем оптического преобразования получателя.

В предлагаемом устройстве в модуле отправителя источником синхронизационной частоты является импульсный источник когерентного излучения с распределенной обратной связью. Светоделитель 99/1, подключенный к источнику, обеспечивает разделение излучения на два канала, один из которых с наименьшим коэффициентом деления является сигнальным и подключен к модулю оптического преобразования, в котором реализуется подготовка квантовых состояний для отправки получателю по квантовому каналу. Канал, в который поступает наибольшая часть излучения, является синхронизационным и передается получателю с помощью оптического волокна, которое является более стабильным по отношению к изменениям температуры по сравнению с металлическими проводами. Квантовый и синхронизационный каналы выполняются одинаковыми по длине таким образом, что синхронизационный и сигнальный импульсы поступают на вход получателя почти одновременно. Небольшие временные сдвиги в получателе могут быть скомпенсированы линиями задержки. Радиочастотный генератор импульсов в модуле получателя синхронизируется по частоте и фазе с измеренными световыми импульсами, поступающими в модуль получателя по каналу синхронизации.

Обобщая вышесказанное, квантовый и синхронизационный канал являются одинаковыми по частоте, поскольку задаются одним источником, и по времени за счет точной настройки оптических путей обоих каналов. Кроме того, использование импульсного источника когерентного излучения позволяет исключить из оптической схемы амплитудный модулятор.

Функционирование заявленного устройства проиллюстрировано на Фиг. 1.

Устройство синхронизации для систем квантового распределения ключа на боковых частотах в топологии типа звезда, содержащее модуль отправителя (1), включающий в себя импульсный источник когерентного излучения с распределенной обратной связью (2), подключенный к источнику светоделитель 99/1 (3), разделяющий излучение на оптический канал синхронизации (4), соответствующий плечу с большим коэффициентом деления, и канал с меньшим коэффициентом деления, подключенный к модулю оптического преобразования (5), выход из которого является квантовым каналом (6), при этом квантовый канал и канал синхронизации являются выходами модуля отправителя и посредством волоконно-оптического тракта подключены к модулю получателя (7), где квантовый канал подключен к модулю оптического преобразования (8) получателя, подключенного к плате контроля и управления (ПКУ) (9), к которой также подключен канал синхронизации.

Изобретение относится к оптической технике. Технический результат заключается в повышении точности синхронизации для систем квантового распределения ключа на боковых частотах в топологии типа звезда. Устройство содержит модуль отправителя, включающий в себя импульсный источник когерентного излучения с распределенной обратной связью, подключенный к источнику светоделитель 99/1, разделяющий излучение на оптический канал синхронизации, соответствующий плечу с большим коэффициентом деления, и канал с меньшим коэффициентом деления, подключенный к модулю оптического преобразования, выход из которого является квантовым каналом, при этом квантовый канал и канал синхронизации являются выходами модуля отправителя и посредством волоконно-оптического тракта подключены к модулю получателя, где квантовый канал подключен к модулю оптического преобразования получателя, подключенного к плате контроля и управления, к которой также подключен канал синхронизации. 1 ил.

Устройство синхронизации для систем квантового распределения ключа на боковых частотах в топологии типа звезда, содержащее модули отправителя и получателя, соединенные оптическим квантовым и синхронизационным каналами, отличающееся тем, что в качестве источника когерентного излучения в модуле отправителя выступает импульсный источник когерентного излучения с распределенной обратной связью, к которому подключен светоделитель 99/1, разделяющий излучение на квантовый канал, являющийся одним из выходов устройства и получаемый после прохождения излучения через модуль оптического преобразования отправителя, и канал синхронизации, являющийся вторым выходом из устройства, при этом квантовый и синхронизационный канал имеют одинаковый оптический путь и подключены к модулю получателя, где квантовый канал соединен с модулем оптического преобразования получателя, а канал синхронизации подключен к плате контроля и управления, соединенной с модулем оптического преобразования получателя.