Российские исследователи нашли способ повысить точность установок квантовой криптографии

Команда исследователей из компании-разработчика электронных устройств на основе квантовых технологий QRate, Московского института электронной техники и Томского государственного университета предложила новый способ измерения послеимпульсов. Послеимпульс — шумовой параметр, точность измерения которого критична для эффективной работы детектора одиночных фотонов, одного из основных элементов в установках квантовой криптографии. Эксперимент описан в профильном научном журнале IEEE Journal of Quantum Electronics.

Квантовая криптография — метод защиты коммуникаций, который гарантирует невозможность их взлома на уровне законов квантовой физики. Ключ для шифрования распределяется при помощи отдельных квантовых частиц — фотонов. Для того, чтобы извлечь информацию из фотонов, получатель сообщения проводит измерения его характеристик с помощью специального прибора — детектора одиночных фотонов. Частица передает энергию детектору и уничтожается, поэтому любая попытка перехвата информации приводит к ошибкам в измерениях и становится видимой.

Детектор одиночных фотонов — единственный инструмент для измерения характеристик этой частицы. Однако из-за технических погрешностей и внутренних шумов, они не всегда точны. Созданный российскими экспертами алгоритм уменьшает неопределенность измерения одного из главных шумовых параметров детектора и тем самым повышает достоверность измеренных параметров в целом.

В ходе эксперимента специалисты рассмотрели шесть основных подходов к измерению послеимпульсов и обозначили их ключевой недостаток: так, при увеличении числа фотонов в импульсе, приходящем в детектор одиночных фотонов, число послеимпульсов также растет, и измерения на выходе перестают быть корректными. Тогда исследователи построили новую математическую модель и предложили методику определения вероятности послеимпульсов, что позволило выявить истинное значение параметра по экспериментальным данным.

«В мире всего несколько лабораторий специализируется на изучении детекторов одиночных фотонов. Самые крупные находятся в Японии, Китае, Великобритании, США. Все они используют классические устоявшиеся методы измерения послеимпульсов, имеющие определенные недостатки. Наш способ позволяет увеличить точность измерений шумовых параметров, что необходимо для дальнейшей борьбы с ошибками. Уверен, что открытие будет полезно как научному сообществу, так и индустриальным партнерам», — отметил Антон Лосев, руководитель экспериментальной группы и руководитель отдела разработки детекторов одиночных фотонов QRate.