DPS (протокол квантовой криптографии)

DPS (англ. Differential Phase Shift, буквально – дифференциальный фазовый сдвиг), протокол квантовой криптографии, предложенный в работе Differential Phase Shift Quantum Key Distribution (Inoue. 2002^[1]), принадлежащий семейству протоколов, основанных на фазовой кодировке передаваемой информации. В протоколе используются последовательности когерентных состояний фиксированной длины (кортежи) и передаваемые биты задаются разностью фаз между двумя последовательными когерентными состояниями.

На этапе передачи сигналов легитимный пользователь (Алиса) отсылает легитимному пользователю (Бобу) состояния, собранные в отдельные кортежи. Каждый кортеж имеет фиксированный размер ${\displaystyle n}$, задаётся набором параметров ${\displaystyle s_{1},...,\ s_{n}\ \in \ \{0,\ 1\}}$ и представляет собой набор последовательно отправляемых когерентных состояний

${\displaystyle |S\rangle =\bigotimes _{t=1}^{n}\left|(-1)^{s_{t}}\alpha \right\rangle _{t}}$.

Боб на своей стороне использует интерферометр Маха – Цендера с задержкой на одном плече, чтобы получить интерференцию для каждой пары последовательных сигналов ${\displaystyle \left|(-1)^{s_{t+1}}\alpha \right\rangle \left|(-1)^{s_{t}}\alpha \right\rangle }$. Часть состояния ${\displaystyle \left|(-1)^{s_{t}}\right\rangle }$, попавшая в плечо с задержкой, приходит на светоделитель, куда также приходит часть состояния ${\displaystyle \left|(-1)^{s_{t+1}}\alpha \right\rangle }$, прошедшее по плечу интерферометра, не содержащему задержки.

В итоге на входы финального светоделителя приходят состояния ${\displaystyle \left|{\frac {(-1)^{s_{t}}\alpha }{2}}\right\rangle \left|{\frac {(-1)^{s_{t+1}}\alpha }{2}}\right\rangle }$, на его выходе – однофотонные детекторы ${\displaystyle D_{0}}$ и ${\displaystyle D_{1}}$. Случаю ${\displaystyle s_{t}\oplus s_{t+1}=k}$ соответствует срабатывание детектора ${\displaystyle D_{k}}$. Также при измерении на стороне Боба возможен неопределённый исход, при котором не срабатывает ни один из детекторов.

На этапе согласования Алиса и Боб отбирают все кортежи, для которых наблюдался ровно один определённый исход. Индекс соответствующего детектора, сработавшего на стороне Боба, является известным Алисе (т. к. она знает соответствующие ${\displaystyle s_{t}}$ и ${\displaystyle s_{t+1}}$) и составляет один бит ключа.