Генерация битовой последовательности в квантовых коммуникациях

Автоматика, связь, информатика. 2026. № 6. С. 18–22

Automation, communications, informatics. 2026. № 6. Р. 18–22

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ

Научная статья

УДК 519.24:004.056.55

DOI: 10.62994/AT.2026.6.6.006

Генерация битовой последовательности в квантовых коммуникациях

ТЕРЕХИН Александр Олегович¹, ФАЕРМАН Владимир Андреевич², ГЕКК Диана Сергеевна³, ЛУКАШОВ Артём Аркадьевич⁴

¹Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, кафедра «Комплексная информационная безопасность электронно-вычислительных систем», старший преподаватель, г. Томск, Россия, tao@csp.tusur.ru, ORCID: 0000-0002-7688-6712

²Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, кафедра «Комплексная информационная безопасность электронно-вычислительных систем», старший преподаватель, г. Томск, Россия, fva@fb.tusur.ru, SPIN-код: 2851-5358, ORCID: 0000-0002-9643-0245

³Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, кафедра «Безопасность информационных систем», студент, г. Томск, Россия, gds@fb.tusur.ru

⁴Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, кафедра «Безопасность информационных систем», студент, г. Томск, Россия, laa@fb.tusur.ru

Аннотация. В статье рассматривается подход к формальному представлению функционирования системы квантовых коммуникаций посредством математической модели процесса генерации битовой последовательности. Основное внимание уделено снижению вычислительной сложности модели и обеспечению воспроизводимости результатов. Такой подход исключает необходимость детального моделирования физики квантового канала, включая процессы поляризационного кодирования, детектирования фотонов и коррекции ошибок. В качестве ключевых параметров, определяющих поведение системы, исследуется скорость генерации битовой последовательности.

Ключевые слова: квантовые коммуникации, генерация битовых последовательностей, стохастическая модель, математическое моделирование

Для цитирования: Генерация битовой последовательности в квантовых коммуникациях. Терехин А.О., Фаерман В.А., Гекк Д.С., Лукашов А.А. // Автоматика, связь, информатика. 2026. № 6. С. 18–22. DOI: 10.62994/AT.2026.6.6.006

TELECOMMUNICATION

Original article

A mathematical model for the stochastic generation of bit sequences in quantum communications

Aleksander O. TEREKHIN¹, Vladimir A. FAERMAN², Diana S. GEKK³, Artyom A. LUKASHOV⁴

¹Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, senior lecturer at Department of Complex Information Security of Computing Systems, Tomsk, Russia, tao@csp.tusur.ru, ORCID: 0000-0002-7688-6712

²Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, senior lecturer at Department of Complex Information Security of Computing Systems, Tomsk, Russia, fva@fb.tusur.ru, SPIN-код: 2851-5358, ORCID: 0000-0002-9643-0245

³Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, student at Department of Complex Information Security of Computing Systems, Tomsk, Russia, gds@fb.tusur.ru

⁴Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, student at Department of Complex Information Security of Computing Systems, Tomsk, Russia, laa@fb.tusur.ru

Abstract. This paper presents an approach to the formal representation of quantum communication system operation through a mathematical model of the bit-sequence generation process. The primary focus is on reducing the computational complexity of the model while preserving the reproducibility of the results. The proposed approach eliminates the need for detailed modeling of quantum-channel physics, including polarization-state encoding, single-photon detection, and error-correction procedures. The bit-generation rate is considered the principal parameter governing system behavior. The model is based on empirical data obtained from measurements of bit-generation rates on the ViPNet QTS Lite platform over optical links of varying lengths. The proposed model can be applied to simulation studies of quantum networks, as well as to performance evaluation and resource planning for quantum communication systems.

Keywords: quantum communications, bit-sequence generation, stochastic modeling, mathematical modeling

For citation: A mathematical model for the stochastic generation of bit sequences in quantum communications. Terekhin A.O., Faerman V.A., Gekk D.S., Lukashov A.A. // Automation, communications, Informatics. 2026. № 6. Р. 18–22. DOI: 10.62994/AT.2026.6.6.006

Список источников

1. Bennett C., Brassard G. Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing // Proceedings of IEEE International Conference on Computers, Systems and Signal Processing. 1984. Vol. 175. P. 8.

2. Жиляев А.Е. Концепция построения сетей квантового распределения ключей с доверенными промежуточными узлами // Квантовая криптография информационной безопасности : сайт. 2023. 27 июня. URL: https://quantum-crypto.ru/articles/kontseptsiya-postroeniya-setey-kvantovogo-raspredeleniya-klyuchey-s-doverennymi-promezhutochnymi/ (дата обращения: 07.12.2025).

3. Горбатов В.А., Михайлов С.В. Системы связи и управления беспилотных летательных аппаратов. Москва: Радио­техника, 2021. 214 с.

4. РЖД и «Ростелеком» будут сотрудничать в развитии квантовых коммуникаций / [Электронный ресурс] // ПАО «Ростелеком»: [сайт]. – URL: https://www.company.rt.ru/press/news/d459500/

5. Secure quantum key distribution with realistic devices / Xu F., Ma X., Zhang Q., Lo H. K., Pan J. W. // Reviews of Modern Physics. 2020. Vol. 92, No. 2. P. 025002. DOI: https://doi.org/10.1103/RevModPhys.92.025002.

6. ViPNet QTS Lite (Quantum Trusted System Lite) [Электронный ресурс]: техническая документация / ИнфоТеКС. URL: https://infotecs.ru/downloads/documents/vipnet-qts-lite/

7. Королюк В.С., Портенко Н.И., Скороход А.В., Турбин А.Ф. Справочник по теории вероятностей и математической статистике. М.: Наука, 1985. 640 с.

8. Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы : учебное пособие. М.: Наука, 1989. 432 с.

© Москва «Автоматика, связь, информатика» 2026