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Quantenschlüsselverteilsysteme auf der Basis kontinuierlicher Variablen

Neben QKD mit verschränkten Photonen widmet sich das AIT auch der Quantenschlüsselverteilung auf der Basis kontinuierlicher Variablen (CV-QKD). Diese Technik hat folgende Vorteile: eine höhere Schlüsselrate (bis in den MHz Bereich), photonische Integration (PIN Dioden sind als Detektoren ausreichend) und ein kohärentes Modulationsschema, das den derzeit verwendeten digitalen Modulationsschemas ähnelt. Bei CV-QKD werden schwache kohärente Pulse verwendet und die Informationen in den Quadraturen des elektromagnetischen Felds verschlüsselt.

Diese Technik erfordert allerdings ein Lokaloszillator(LO)-Signal und effizientes Postprocessing. Das AIT setzt daher auf einen echten lokalen LO, um beim Empfänger ein Maximum an Leistung zur Verfügung zu stellen, ohne den Quantenkanal zu beeinträchtigen. Die Phasenkorrektur erfolgt durch ein schwaches Pilotsignal. AIT entwickelte auch ein schnelles Postprocessing für CV-QKD welches auf Graphikkarten- (GPU) Beschleunigung basiert.

Das System wird derzeit für das 19-Inch Format adaptiert. Sämtliche elektrooptischen Komponenten sowie die Hardware zur Systemsteuerung und das Postprocessing des Schlüssels werden in Standardracks installiert und sind daher vor Ort einsetzbar.

Das CV-QKD System von AIT besteht aus folgenden Teilen:

CV-QKD Sender:

  • FPGA Signalgenerator zur QPSK Modulierung schwacher kohärenter Pulse mit 100 Mbaud
  • Polarisationsmultiplex-Pilottonerzeugung mit 800 MHz zur Phasenkorrektur
  • Elektronisch gesteuerter optischer Abschwächer für optimale Signalstärke

CV-QKD Empfänger:

  • Lokaler LO Laser für maximale Signalverstärkung
  • Polarisationskontroller
  • 90° Polarisationsmultiplex-Hybrid mit heterodyner Detektion von Quantensignal und Pilotton
  • Analoge Signalverarbeitung zur Stabilisierung von Polarisation, Frequenzoffset und Taktrückgewinnung
  • Digitale Signalverarbeitung des Pilottons zur Phasenkorrektur

Leistungsdaten:

  • 1 Mbit/s sichere Schlüsselrate bei 40km in Faserspulen
  • Niedriger Excess Noise von 0.01 SNU
  • Volles Postprocessing bei eine Übertragungsgeschwindigkeit von 200 Mbaud