Физика квантовой информации - Бауместер Д.
ISBN 5-94057-017-8
Скачать (прямая ссылка):
Экспериментальные реализации 69
2.6.2 Кодирование фазы
Как уже отмечалось в разд.2.3.2 фазовая кодировка может быть реализована аналогично поляризационной. Крайне высокая чувствительность к любым внешним воздействиям установки на основе интерферометра Маха-Цандера, показанной на рис. 2.6, может быть преодолена при использовании разбалансированной конфигурации интерферометра Маха-Цандера, предложенной Беннетом [45]. Поскольку два когерентных вклада впоследствии разделяются лишь на несколько фемтосекунд, распространяясь при этом по одному волокну, то они не подвергнуты никаким температурным или механическим флуктуациям. Разность оптических путей в разбалансированном интерферометре Боба должна быть такой же, как и в интерферометре Алисы и оставаться постоянной с точностью до долей длины волны. Это, однако, требует, лишь тщательной локальной температурной стабилизации двух интерферометров.
В настоящее время коммерчески выпускаются фазовые модуляторы для двух телекоммуникационных длин волн, что по-видимому, делает выбор в пользу стандартных фазовых кодирующих систем при реализации каналов на основе оптоволокна. Однако, в таких схемах также необходимо тщательное поляризационное согласование. Разумеется, в двух разбалансированных интерферометрах Маха-Цандера поляризация должна устанавливаться так, чтобы интерферирующие компоненты имели одинаковую поляризацию на выходном светоделителе Боба. После исходного согласования блоков Алисы и Боба все должно быть стабильно и не вызывать никаких проблем. Более серьезная трудность обусловлена тем фактом, что фазовые модуляторы сделаны из электрооптических кристаллов, которые обеспечивают лишь одно из двух направлений поляризации. Для того, чтобы избежать флуктуаций интенсивности на выходе у Боба, через модулятор можно пропускать лишь одну строго определенную поляризацию. Это возвращает нас к необходимости управления прошедшей поляризацией.
В своих экспериментах Таунсэнд и др. [66] впервые расщепили входной лазерный импульс (1.3 ц, 80 пс) на два, распространяющихся по двум плечам разбалансированного интерферометра Маха-Цанде-ра Алисы. В соответствии с протоколом ВВ84, фазовый модулятор, находящийся в одном из плеч, вызывает один из четырех возможных фазовых сдвигов. Поляризация в другом плече поворачивается так, чтобы на выходном светоделителе Алисы два вклада имели ортогональные поляризации. Входной светоделитель Боба заменен на поляризационный светоделитель, чтобы обеспечить правильную поляризацию в плече, содержащем фазовый модулятор Боба. Контроллер
70 Квантовая криптография
поляризации в конце линии передачи устанавливается так, чтобы эти два направления поляризации были согласованы с осями выходного светоделителя Боба. Не смотря на то, что стабилизация поляризации по-прежнему необходима, согласование не является таким строгим, поскольку малые отклонения вызывают лишь небольшие флуктуации в конечной интенсивности. Достигнутые уровни ошибок составили менее 4% при частоте повторения импульсов 1МГц. Всевозможные усовершенствования схемы при передаче на расстояние более 48км с помощью подземного кабеля, выполненные группой из Лос-Аламоса, позволили достигнуть уровня ошибок около 1% при частоте импульсов ЗОКГц.
Рис.2.11. Принцип квантовой криптографии plug & play. Боб посылает световой импульс через циркулятор. Этот импульс расщепляется на делителе Дел.1. Первая половина направляется по короткому пути. Контроллер поляризации устанавливается так, чтобы этот импульс полностью проходил через поляризационный светоделитель ПСД. Затем, он распространяется к Алисе, где расщепляется снова на делителе Дел.2 для обеспечения сигнала синхронизации. Далее, он проходит через аппаратуру Алисы и отражается обратно к Бобу. Благодаря действию фарадеевского зеркала, компенсируется двулучепреломление оптического звена и импульс возвращается назад ортогонально поляризованным. Затем он отражается поляризационным светоделителем ПСД и идет в длинное плечо, где Боб вводит фазовый сдвиг с помощью модулятора ФМ. Второй импульс распространяется по двум плечам в обратной последовательности. Алиса вводит фазовый сдвиг. Поскольку оба импульса распространяются вдоль одних и тех же оптических путей, они оказываются у делителя Дел.1 одновременно с идентичными поляризациями, что приводит к интерференции. Линия хранения JIX введена в систему Алисы, чтобы избежать проблем, связанных с рэлеевским рассеянием назад.
В так называемой системе «plug & play» нет необходимости постоянного согласования поляризации в волоконной передающей линии. Идея, лежащая в основе, состоит в том, что световой импульс излучается не Алисой, а Бобом; импульс сначала распространяется к Алисе, где он модулируется, а затем отражается назад к Бобу. Если отражатели выполнены на основе фарадеевских зеркал, то поляризации интерферирующих компонент на выходе Боба всегда согласованы между собой.
А
ПСД Короткое плечо
ЛФД
Экспериментальные реализации 71
Фарадеевское зеркало, т.е. 45°-ый ротатор Фарадея и отражающее назад зеркало, формирует отраженную поляризацию ортогональную поляризации света, направляемого в волокно; таким образом любые изменения поляризации вдоль линии передачи или внутри интерферометра эффективно подавляются.
