В Германии протестировали рядовую оптическую магистраль на рекордную дальность квантовой связи

Европейские СМИ сообщают, что в Германии учёные протестировали масштабную квантовую сеть для будущего квантового Интернета. По стандартному волоконнооптическому кабелю и при обычной комнатной температуре были переданы квантовые состояния между Франкфуртом и Келем, что составило 254 км обычной оптической магистрали или в два раза больше, чем было испытано в Европе ранее.

Источник изображения: Denny Müller / unsplash.com

Поставленный эксперимент стал прорывом для сверхбезопасной связи на больших расстояниях. Традиционному шифрованию начали угрожать квантовые компьютеры. Рано или поздно квантовые платформы смогут взламывать обычные ключи, поэтому организация защищённой квантовыми законами связи становится приоритетной задачей. При этом крайне важно сохранить действующую инфраструктуру линий связи. В конечном итоге — это вопрос колоссальной экономии средств, которых никогда не бывает много.

Гарантированно защитить данные от взлома может технология квантового распределения ключей (QKD). Ключи передаются в виде квантовых состояний одиночных фотонов, перехват которых разрушает квантовые состояния просто по законам квантовой механики. Тем самым сразу становится известно о компрометации ключа, и само зашифрованное сообщение уже не будет передано — это лучшая гарантия от взлома.

Квантовых повторителей для усиления или восстановления квантовых состояний пока не существует. Поэтому на определённых и довольно небольших отрезках оптической магистрали создаются доверенные узлы, которые заново собирают квантовые ключи. Сегодня такие узлы приходится создавать через десятки километров, что дорого и малоэффективно для массового применения. Например, на развёрнутой четыре года назад в России квантовой линии связи между Москвой и Санкт-Петербургом на дальности 700 км используются 19 доверенных узлов.

В ходе нового эксперимента в Германии квантовые состояния одиночных фотонов передали на 254 км. Провели эксперимент сотрудники европейского подразделения компании Toshiba.

«Все предыдущие внедрения квантовой связи по оптоволокну были ограничены гораздо меньшими расстояниями, что составляет примерно половину того, чего мы достигли. И это связано с фундаментальными ограничениями предыдущей технологии, — в интервью Euronews Next сказал Мирко Питталуга (Mirko Pittaluga), бывший старший научный сотрудник Toshiba Europe. — Наш эксперимент является первой реализацией в реальном мире особого мощного класса протоколов квантовой коммуникации, который называется когерентной квантовой коммуникацией».

«Но благодаря нашему подходу мы преодолели все эти трудности, используя масштабируемую и простую технологию, которая позволила нам внедрить ультрасовременный протокол квантовой связи, который называется twin field quantum key distribution (TF-QKD), что на самом деле является секретом того, что мы сделали», — добавил другой участник эксперимента.

Протокол TF-QKD, в основе которого лежит передача двух опорных частот в оптическую линию связи, действительно один из новейших. Вот только учёные умолчали, что Toshiba ещё в 2021 году с помощью этого протокола организовала передачу квантовых состояний на дальность 600 км, используя виртуальный повторитель сигнала. Более того, ещё раньше китайские учёные с помощью протокола TF-QKD передали данные на расстояние 500 км без повторителей.

История умалчивает об условиях передачи данных в двух последних случаях. Как бы там ни было, возможность передавать квантовые ключи на сотни километров без повторителей — это уже факт, хотя до массового внедрения этой технологии пока далеко.