Секретность систем квантового распределения ключей с пассивным выбором базиса при разной эффективности детекторов

Ивченко Е.И., Трушечкин А.С., Хмелев А.В., Курочкин В.Л.

Полный текст на elibrary.ru

Ссылка для цитирования:

Ивченко Е.И., Трушечкин А.С., Хмелев А.В., Курочкин В.Л. Секретность систем квантового распределения ключей с пассивным выбором базиса при разной эффективности детекторов // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 7. С. 87–94. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-07-87-94

Ivchenko E.I., Trushechkin A.S., Khmelev A.V., Kurochkin V.L. Secrecy of quantum key distribution in case passive basis choice with detection efficiency mismatch [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 7. P. 87–94. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-07-87-94

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Разная квантовая эффективность однофотонных детекторов в установках квантового распределения ключа по протоколу BB84 c пассивным выбором базиса. Цель работы. Определение скорости генерации и секретности финального ключа для систем квантовой криптографии в зависимости от различия эффективностей детекторов и вывод аналитического выражения для оценки скорости генерации секретной ключевой последовательности в системах квантовой связи с пассивным выбором базиса и с учетом разной эффективности детекторов. Метод. Расчет секретного ключа осуществляется путем разделения полученных данных по базисам и их отдельной постобработки, после чего полученные оценки секретного ключа суммируются. Основные результаты. Предоставлен аналитический способ оценки скорости генерации секретного ключа при разной эффективности детекторов для систем с пассивным выбором базиса. Смоделирован канал связи «спутник–Земля» по параметрам Звенигородской обсерватории. Разработанная теория учета разной эффективности детекторов применена к модели установки спутникового квантового распределения ключей и получено значение секретной ключевой последовательности, генерируемой за один сеанс связи со спутником, равное 300 Кбит. Практическая значимость. Полученные результаты позволяют учесть эффект разной эффективности детекторов при оценке длины секретной последовательности для систем квантового распределения ключей и повысить их надежность на практике.

Ключевые слова:

квантовая криптография, квантовое распределение ключей, детектор одиночных фотонов

Благодарность:

работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030» (Стратегический проект «Квантовый Интернет»).

Коды OCIS: 270.0270, 040.5570

Список источников:

Shor P.W., Preskill J. Simple proof of security of the BB84 quantum key distribution protocol // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 85. № 2. P. 441. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.85.441
Lu C.Y., Cao Y., Peng C.Z., et al. Micius quantum experiments in space // Rev. Modern Phys. 2022. V. 94. № 3. P. 035001. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.94.035001
Bochkov M.K., Trushechkin A.S. Security of quantum key distribution with detection-efficiency mismatch in the single-photon case: Tight bounds // Phys. Rev. A. 2019. V. 99. № 3. P. 032308. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.99.032308
Trushechkin A. Security of quantum key distribution with detection-efficiency mismatch in the multiphoton case // Quantum. 2022. V. 6. P. 771. https://doi.org/10.22331/q-2022-07-22-771
Winick A., Lütkenhaus N., Coles P.J. Reliable numerical key rates for quantum key distribution // Quantum. 2018. V. 2. P. 77. https://doi.org/10.22331/q-2018-07-26-77

6. Zhang Y., Lütkenhaus N. Entanglement verification with detection-efficiency mismatch // Phys. Rev. A. 2017. V. 95. № 4. P. 042319. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.95.042319

7. Khmelev A.V., Ivchenko E.I., Miller A.V., et al. Semi-empirical satellite-to-ground quantum key distribution model for realistic receivers // Entropy. 2023. V. 25. № 4. P. 670. https://doi.org/10.3390/e25040670

8. Хмелев А.В., Дуплинский А.В., Майборода В.Ф. и др. Регистрация однофотонного сигнала от низколетящих спутников для целей спутникового квантового распределения ключей // Письма в ЖТФ. 2021. Т. 47. № 17. С. 46–49. https://doi.org/10.21883/PJTF.2021.17.51387.18817

Khmelev A.V., Duplinsky A.V., Mayboroda V.F., et al. Recording of a single-photon signal from low-flying satellites for satellite quantum key distribution // Technical Physics Letters. 2021. V. 47. № 12. P. 858–861. https://doi.org/10.1134/S1063785021090078