name: Когерентное детектирование в квантовых информационных системах на основе многомодового фазомодулированного излучения
keyword_list: Квантовые коммуникации, квантовое распределение ключа, квантовая генерация случайных чисел, многомодовое фазомодулированное излучение
abstract: В связи с активным развитием квантовых коммуникаций и появлением новых систем квантового распределения ключа (КРК), использующих нетривиальные состояния света, возникает потребность в исследовании подобных состояний и методов их детектирования. Ярким примером системы, основанной на использовании нетривиальных состояний, является система КРК на боковых частотах (КРКБЧ), ключевой особенностью которой является метод генерации квантовых состояний. В системе КРКБЧ в результате фазовой модуляции монохроматического лазерного излучения на поднесущих частотах генерируются многомодовые когерентные состояния, таким образом, квантовый канал выносится на поднесущие частоты фазомодулированного излучения.
  Актуальными задачами являются исследование возможности реализации методов когерентного детектирования для извлечения информации, переносимой на боковых частотах многомодового фазомодулированного излучения, а также исследование информационных свойств оптических квантовых систем на их основе.
  Цель работы – моделирование и экспериментальное исследование квантово-оптических информационных систем на основе многомодового фазомодулированного излучения с когерентным детектированием. 
  Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: исследование применимости методов когерентного детектирования, в которых в качестве локального осциллятора выступает оптическое из­ лучение центральной моды, для извлечения информации, переносимой фазомодулированным сигналом по оптическому каналу; разработка на основе квантово-оптической теории фазовой модуляции математической модели формирования полностью коррелированных между пользователями битовых строк системой квантовой коммуникации на боковых частотах с когерентным методом детектирования; разработка метода реализации квантовой генерации случайных чисел, использующей в качестве источника энтропии квантовые флуктуации вакуума, на основе когерентного детектирования многомодового фазомодулированного излучения.
  В работе проведено оригинальное исследование возможности применения схем когерентного приема для системы КРКБЧ. Предложены три оригинальные схемы когерентного детектирования для системы КРКБЧ, в которых в качестве локального осциллятора используется излучение центральной моды. Представлено подробное описание предложенных схем, и разработаны математические модели, подтверждающие их работоспособность. Впервые представлена квантово-оптическая модель системы квантовой коммуникации с когерентным методом детектирования, использующей боковые частоты многомодового фазомодулированного излучения. Для системы квантовой коммуникации на боковых частотах с когерентным методом детектирования впервые разработан протокол КРК на непрерывных переменных. На основе разработанной квантово-оптической модели системы описана асимптотическая скорость генерации бит, полностью коррелированных между пользователями системы КРКБЧ на непрерывных переменных. Впервые показано, что система на основе многомодового фазомодулированного излучения с когерентным детектированием может быть использована для КГСЧ, где источником энтропии являются флуктуации вакуума. На основе предложенной системы разработано устройство КГСЧ. Показано, что данная система позволяет эффективно компенсировать рассогласование в оптической схеме генератора. Посредством использования оценки условной мин-энтропии получена количественная оценка числа независимых случайных бит, которые могут быть извлечены из недоверенного источника шума.
  На основе исследуемых в настоящей работе схем когерентного детектирования могут быть реализованы системы КРКБЧ различного типа. Использование когерентного детектирования позволяет заменить технически сложные и дорогостоящие детекторы одиночных фотонов на устройства, которые широко применяются в классических волоконно-оптических системах связи. Поскольку предложенные схемы основаны на многомодовых когерентных состояниях, которые формируются на выходе электрооптического модулятора, решается проблема генерации опорного поля.
  На основе разработанного протокола КРК и теоретической модели может быть создана экспериментальная система КРКБЧ с когерентным детектированием, позволяющая генерировать ключи шифрования между двумя абонента­ ми.
  Предложенный подход к генерации случайных чисел позволяет создать устройство КГСЧ с возможностью компенсации асимметрии в плечах балансного детектора путем подстройки индекса модуляции. Поскольку оптическая схема предлагаемого генератора аналогична схеме получателя в системе КРКБЧ с когерентным детектированием, генерация случайных чисел может быть реализована непосредственно в модуле получателя. Таким образом, один из узлов системы может работать как квантовый генератор ключей шифрования.
chairman_dissertation_council.name: Николай
chairman_dissertation_council.surname: Никоноров
chairman_dissertation_council.patronymic: Валентинович
chairman_dissertation_council.position: профессор (квалификационная категория «ведущий профессор»)
chairman_dissertation_council.degree: Доктор физико-математических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: 7003772604
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 7003772604
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Владимир
organization_supervisor.surname: Васильев
organization_supervisor.patronymic: Николаевич
organization_supervisor.position: Ректор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 29.31.01
rubrics.name: Общие вопросы
oecds.code: 01.03.SY
oecds.name: OPTICS
speciality_codes.name: Оптика
speciality_codes.code: 01.04.05
supervisors.fio: Егоров Владимир Ильич
supervisors.scientific_degree: Кандидат физико-математических наук
supervisors.speciality_code: Оптика
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Калачев Алексей Алексеевич
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Оптика
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Хуанг Анчи
opponents.scientific_degree: Кандидат технических наук
opponents.speciality_code: Оптика
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: УНИВЕРСИТЕТ ИТМО; НИУ ИТМО; ИТМО
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИТМО"
protection_organization.ogrn: 1027806868154
protection_organization.supervisor_name: ВЛАДИМИР
protection_organization.supervisor_surname: ВАСИЛЬЕВ
protection_organization.supervisor_patronymic: НИКОЛАЕВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные автономные учреждения
author_organization.short_name: УНИВЕРСИТЕТ ИТМО; НИУ ИТМО; ИТМО
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИТМО"
author_organization.ogrn: 1027806868154
author_organization.supervisor_name: ВЛАДИМИР
author_organization.supervisor_surname: ВАСИЛЬЕВ
author_organization.supervisor_patronymic: НИКОЛАЕВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные автономные учреждения