Free space decoy-state quantum key distribution implementation

Abstract

En este trabajo se presenta un sistema completo de Distribución Cuántica de Claves criptográficas, utilizando un protocolo con estados señuelo[1]. Los qubits se codifican en el estado de polarización de pulsos ópticos atenuados, producidos por LEDs infrarrojos[2]. La propagación de los mismos entre las estaciones que buscan compartir una clave se realiza en aire, que es la implementación más prometedora para cubrir grandes distancias(vı́a satélites de baja órbita). Las terminales de emisión y recepción se encuentran en plataformas independientes y están separadas 8 metros, siendo este sistema el primero a nivel local en ser ensayado a distancias que exceden las de la mesa óptica. Para compensar eventuales desalineaciones por gradientes térmicos en atmósfera y pequeñas variaciones mecánicas,el sistema cuenta con un método de corrección de la punterı́a, basado en un haz contrapropagante, un sensor de imagen CMOS y un espejo con actuadores remotos. El aparato en su conjunto funciona de forma autónoma, y en las condiciones descriptas es capaz de generar clave criptográfica cruda a una tasa de 185 bits/s, con un error de 6,15%.

In this work we introduce a complete Quantum Key Distribution device that implements a decoy-state protocol [1]. Qubits are coded in the polarization state of weak optical pulses, produced by infrared LEDs [2]. The link between Transmission (Alice) and Reception (Bob) stages is open air, which is the preferred channel to eventually through low-orbit satellites establish quantum communications. Both terminals are placed on different rooms, separated by approximately 8 meters. In order to compensate misalignments produced by small mechanic displacements or atmospheric thermal gradients, the system implements a closed-loop for automatic alignment based on a counter-propagating laser, a servo-actuated mirror and a CMOS image sensor. The apparatus runs in an autonomous way, and in the above described conditions it is able to generate raw cryptographic key at a rate of 185 bits/s, with a QBER of 6.15%.