Cистемы квантовой криптографии

Содержание

Оглавление(Table of Contents)

1. Введение…………………………………………………………………5

2. Ликбез литературы……………………………………………. ………. . 7

2. 1. Способы стабилизации низких температур с поддержкой частей Пельтье……………………………………………………. . 7

2. 1. 1. Способы охлаждения…………………………………………. 7

2. 1. 2. Результат Пельтье………………………………………………. 8

2. 1. 3. Индивидуальности внедрения модулей Пельтье………………. 12

2. 1. 4. Теплоизоляция………………………………………………. . 13

2. 1. 5. Обмеривание температуры……………………………………. . 14

2. 1. 6. Автоматическое регулирование……………………………. . 16

2. 1. 7. Виды САР……………………………………………………. . 18

2. 1. 8. Живучесть САР……………………………………………19

2. 1. 9. Свойство действий регулирования…………………………20

2. 2. Опыт сообразно квантовой передаче ключа(Quantum key distribution experiment: cryptography overview)………………21

2. 2. 1. Отображение(Abstract). . …………………………………………. . 21

2. 2. 2. Вступление(Introduction)………………………………………. . 21

2. 2. 3. Классическая криптография(Classical Cryptography)………22

2. 2. 4. Квантовая криптография(Quantum Cryptography)…………. 26

2. 2. 5. Системы с фазовым кодировкой(Phase coding QKD system)…………………………………………………………. 31

2. 2. 6. Опыты(Experimental QKD)…………………………. 33

3. Разработка охладителя…………………………………………………36

3. 1. Отбор конструкции охладителя……………………………. . . …. . 36

3. 2. Отбор типов частей Пельтье…………………………………42

3. 3. Измеритель температуры…………………………………………43

4. Система самодействующего регулирования температуры…………. 47

4. 1. Построение САР…………………………………………………. . 47

4. 2. Методика САР…………………………………………………………50

4. 3. Отбор коэффициентов КИ и КУ………………………………. . …53

5. Экспериментальная аппарат(QKD Experimental Set-up)…. ……61

5. 1. Оптическая дробь установки(Optical part of the set-up)…………61

5. 2. Электронная дробь установки(Electronic part of the set-up)…. . . . . 66

5. 3. Программное снабжение(Software)……………………………72

6. Провождающий импульс сигнала(Afterpulsing effect)…………. . 74

7. Опыт сообразно квантовой передаче ключа(QKD experiment)…. . 77

7. 1. Вычисление числа фотонов в импульсе(Calculation of the number of photons per pulse)………………. . . …………. …………………. . 78

7. 2. 1-ые экспериментальные итоги(First experimental results)………………………………………………………………80

7. 3. Конечные итоги(Results with the completed set-up). . . 84

8. Выводы(Conclusion)…………………………. . . ………………………. . 89

9. Признательности(Acknowledgements)……………………. . . ……………90

10. Защита труда……………………………………………………………. . 91

11. Заключение………………………………………………………………. 98

Перечень литературы(References)………………………………………. . . 100

Прибавление 1………………………………………………………………105

Прибавление 2………………………………………………………………107

Прибавление 3………………………………………………………………108

Прибавление 4………………………………………………………………110

Прибавление 5………………………………………………………………111

Прибавление 6(Appendix 6. Semiconductor laser Fujitsu FLD3F6CX data and test sheet)………………………………………………………………. . . 113

Прибавление 7(Appendix 7. Soviet-made FD312L germanium avalanche photodiode(APD), data sheet)………………………………………………. 118

Прибавление 8(Appendix 8. Schematic of the distribution buffer)………. . 120

Прибавление 9(Appendix 9. Quantum key distribution experiment. Interconnection diagram and equipment settings)……………………………121

Прибавление 10(Appendix 10. Synchronization of the generators)………. 122

Выдержка

1. Введение



Постоянное улучшение технологии изготовления радиоматериалов и принципов конструирования аппаратуры привело к тому, что характеристики значимого числа радиоустройств, специализированных для работы в обыкновенном перерыве температур, приблизились к теоретически достижимому лимиту. Это значит, что способности, определяемые качествами веществ, из которых сделаны составляющие радиоаппаратуры, при комнатных температурах во многом уже исчерпаны. Внедрение низких температур дозволяет справиться это барьер и раскрывает новейшие пути в разработке радиоэлектронных систем.

В крайние годы сообразно всему миру деятельно разрабатываются системы квантовой криптографии. В лаборатории кафедры ведутся работы сообразно творению фотодетекторов для систем квантовой криптографии. Заявочное пожелание высочайшей чувствительности, вплоть по регистрации единичных фотонов, и невысокого уровня неправильных срабатываний приводит к необходимости применения в качестве чувствительного вещества лавинного фотодиода, охлажденного по низких температур. Этак как свойства фотодиода шибко зависят от температуры, её нужно стабилизовать с высочайшей точностью. Типовые смысла рабочих температур фотодиодов -50…-80 оС при точности её поддержания не ужаснее 10-х частей градуса.

При исследовании опытных моделей фотодетекторов нужно еще модифицирование температуры, что увеличивает запросы к оптимизации переходных действий, появляющихся в системе регулирования. Все это в сочетании с высочайшей точностью поддержания температуры вплоть по максимально низких значений, просит кропотливого расчета и экспериментальной проработки не лишь электронной доли системы остывания, однако и конструкции устройства.

Таковым образом, целью предоставленной работы является:

- создание самостоятельной и малогабаритной системы остывания фотодиодов по температуры -50…-60 оС;

- разработка системы самодействующего регулирования(САР)для поддержания данной температуры фотодиодов с точностью по 0. 1 оС.



В NTNU ведутся работы сообразно творению квантовой криптографической системы передачи ключа с фазовым кодировкой. Данная служба просит не лишь опции оптических компонентов, однако и написания программного снабжения. В мою задачку вступало творение програмки для воплощения передачи ключа меж 2-мя объектами и вычисления процента оплошности(QBER(Quantum Bit Error Rate)), а еще осуществление блокировки провождающего импульса сигнала(afterpulse blocking)на программном уровне. Нужно было заполучить смысл QBER<11%.

Еще в дипломе осмотрены взгляды криптографии, приведено сопоставление классических и квантовых криптосистем, и объяснено привилегия квантовых систем с фазовым кодировкой.

Литература

Перечень литературы(References)

1. Архаров А. М. , Марфенина И. В. , Микулин Е. И. «Концепция и расплата криогенных систем». – Столица, Машиностроение, 1978 г.

2. Алфеев В. Н. «Полупроводники, сверхпроводники и параэлектрики в криоэлектронике». – Столица, Русское радио, 1979 г.

3. http://www. kryotherm. ru.

4. Мухачев Г. А. , Щукин В. К. «Термодинамика и теплопередача». – Столица, Верховная школа, 1991 г.

5. Шорников Е. А. «Электрические приборы для контроля и самодействующего регулирования температуры». – Столица - Ленинград, Энергия, 1964 г.

6. Клюев А. С. «Автоматическое регулирование». – Столица, Верховная школа, 1986 г.

7. Бесекерский В. А. , Священников Е. П. «Концепция систем самодействующего управления». – Санкт-Петербург, Специальность, 2003 г.

8. Глинков Г. М. «Базы теории и составляющие систем самодействующего регулирования». – Столица, Металлургия, 1987 г.

9. Чинаев П. И. «Разговоры сообразно автоматике». – Киев, Технiка, 1973 г.

10. W. Diffie and M. Hellman, “New directions in cryptography”, IEEE Trans. Inf. Theory IT-22, 1967, pp. 644-654.

11. W. Tittel, G. Rribordy and N. Gisin, “Quantum Cryptography”, Physics World, Vol. 11, № 3, March 1998, pp. 41-45.

12. R. L. Rivest, A. Shamir and L. Adleman, “A method for obtaining digital signatures and public-key cryptosystems”, Communications of the ACM 21, 1978, pp. 120-126.

13. C. Metz, “Special Report: Quantum Cryptography Arrives”, August 2002, http://www. pcmag. com/article2/0,1759,440474,00. asp.

14. P. W. Shor, “Proceedings of the 35th Annual Symposium on the Foundations of Computer Science”, IEEE Computer Society, Los Alamitos, CA, 1994, p. 124.

15. G. Vernam, “Cipher printing telegraph systems for secret wire and radio telegraphic communications”, J. Am. Inst. Electr. Eng. 45, 1926, pp. 109-115.

16. The Federal Information Processing Standards Publication Series of the National Bureau of Standards(NBS), “Data encryption standard”, 1993, http://www. itl. nist. gov/fipspubs/fip46-2. htm

17. R. N. Srinivas, “AES: cryptography advances into the future”, 2000, http://www. javaworld. com/javaworld/jw-04-2000/jw-0428-aes_p. html

18. W. Stellings, “Safety and efficiency of the AES”, 2003, http://www. osp. ru/nets/2003/07/038_1. htm

19. C. H. Bennett, G. Brassard and A. K. Ekert, “Quantum Cryptography”, Scientific American, October 1992, pp. 26-33.

20. S. Wiesner, “Conjugate coding”, SIGACT News 15, 1983, pp. 78-88.

21. C. H. Bennett, and G. Brassard, “Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing”, in Proceedings of IEEE International Conference on computers, Systems and Signal processing(Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York, 1984), pp. 175-179.

22. J. Ford, “Quantum Cryptography Tutorial”, 1996, http://www. cs. dartmouth. edu/~jford/crypto. html.

23. N. Gisin, G. Ribordy, W. Tittel and H. Zbinden, “Quantum Cryptography”, Reviews of Modern Physics, Vol. 74, № 1, January 2002, pp. 145-195.

24. P. D. Townsend, J. G. Rarity and P. R. Tapster, “Single photon interference in 10 km long optical fibre interferometer”, Electronics Letters, Vol. 29, № 7, April 1993.

25. C. H. Bennett, F. Bessette, G. Brassard, L. Salvail and J. Smolin, “Experimental Quantum Cryptography”, Journal of Cryptology, Vol. 5, 1992, pp. 3-28.

26. A. Muller, J. Breguet and N. Gisin, “Experimental demonstration of quantum cryptography using polarized photons in optical fibre over more 1 km”, Europhys. Lett. 23, 1993, pp. 383-388.

27. A. Muller, H. Zbinden and N. Gisin, “Quantum cryptography over 23 km in installed under-lake telecom fibre”, Europhys. Lett. 33, 1996, pp. 335-339.

28. C. Marand and P. D. Townsend, “Quantum key distribution over distances as long as 30 km”, Optics Letters, Vol. 20, № 16, August 1995, pp. 1695-1697.

29. H. Zbinden, J. -D. Gautier, N. Gisin, B. Huttner, A. Muller and W. Tittel, “Interferometry with Faraday mirrors for quantum cryptography”, Electron. Lett. 33, 1997, pp. 586-588.

30. D. Stucki, N. Gisin, O. Guinnard, G. Ribordy and H. Zbinden, “Quantum key distribution over 67 km with a plugplay system”, New Journal of Physics, Vol. 4, July 2002.

31. C. Kurtsiefer, P. Zarda, M. Halder, H. Weinferter, P. M. Gorman, P. R. Tapster and J. G. Rarity, “ Quantum cryptography: A step towards global key distribution”, Nature, Vol. 419, October 2002.

32. Фрунзе А. «Практика сотворения ПИ-регуляторов». – Схемотехника №3, декабрь 2000 г. , стр. 2-7, http://www. dian. ru/.

33. A. Brylevski, Master thesis “Quantum key distribution: Real-time compensation of interferometer phase drift”, 2002, http://www. vad1. com/qcr/alexey.

34. A. Kuhn, M. Hennrich and G. Rempe, “Deterministic Single-Photon Source for Distributed Quantum Networking”, Physical Review Letters, Vol. 89, № 6, August 2002.

35. C. L. Foden, V. I. Talyanskii, G. J. Milburn, M. L. Leadbeater and M. Pepper, “High Frequency Acousto-electric Single Photon Source”, 2000, http://eprint. uq. edu. au/archive/00000253.

36. C. Santory, M. Pelton, G. Solomon, Y. Dale and Y. Yamamoto, “Triggered Single Photons from a Duantum Dot”, Physical Review Letters, Vol. 86, № 8, February 2001, pp. 1502-1505.

37. T. Nesheim, Master thesis “Single photon detection using avalanche photodiode”, 1999, http://www. vad1. com/qcr/torbjoern.

38. K. Vylegjanine, Master thesis “High-speed single photon detector for quantum cryptosystems”, 2000, http://www. vad1. com/qcr/kirill.

39. A. Vakhitov, V. Makarov and D. R. Hjelme, ”Large pulse attack as a method of conventional optical eavesdropping in quantum cryptography”, Journal of Modern Optics, Vol. 48, № 13, 2001, pp. 2023-2038.

40. V. Makarov, A. Brylevski and D. R. Hjelme, “Real-time phase tracking in single-photon interferometers”, Applied Optics(to be published, 2004).

41. D. Stucki, G. Ribordy, A. Stefanov, H. Zbinden, J. G. Rarity and T. Wall, “Photon counting for quantum key distribution with Peltier cooled InGaAs/InP APD’s”, June 2001, http://citebase. eprints. org/cgi-bin/citations ?id=oai:arXiv. org:quant-ph/0106007.

42. G. Ribordy, J. D. Gautier, H. Zbinden and N. Gisin, “Performance of InGaAs/InP avalanche photodiodes as gated-mode photon counters”, Applied Optics, Vol. 37, № 12, 1998, pp. 2272-2277.

43. The threshold value of QBER is still being discussed. Most of the recent strict security analyses, howewer, put it at 11%. For review, see for example:

N. Gisin, G. Ribordy, W. Tittel and H. Zbinden, “Quantum Cryptography”, Reviews of Modern Physics, Vol. 74, № 1, January 2002, pp. 145-195.

M. Bourenanne, A. Karlsson, G. Bjork, N. Gisin and N. J. Cerf, ”Quantum key distribution using multilevel encoding: security analysis”, J. Phys. A: Math. Gen. 35(2002)10065–10076.

44. Долин П. А. «Базы техники сохранности в электроустановках». – Столица, Энергия, 1979 г.

45. Малоян К. Р. «Сохранность жизнедеятельности. Учебное пособие». – Санкт-Петербург, изд-во СПбГТУ, 1994 г.

46. D. Bouwmeester, A. Ekert and A. Zeilinger, ”The physics of Quantum Information”, International, Springer 2000.

Больше работ по теме: