Компания Amazon совместно с одним из подразделений компании De Beers Group наладит выращивание алмазов с заданными характеристиками — их планируется использовать для революционного изменения компьютерных сетей. Группа Element Six, входящая в De Beers, будет работать с Центром квантовых сетей Amazon Web Services (AWS), создавая решения нового поколения для безопасной передачи данных на длинные дистанции.

Источник изображения: ColiN00B/pixabay.com

Квантовые сети используют субатомную материю для доставки данных способом, принципиально отличающимся от того, что применяется в современных оптоволоконных системах. Считается, что алмазы станут частью этой системы — они позволят отправлять данные на более протяжённые расстояния без сбоев.

Если обычные ретрансляторы не могут передавать информацию в виде кубитов, то новое оборудование может обеспечить революционными возможностями сети AWS, которая является поставщиком облачных вычислительных сервисов — на них приходится немалая часть прибыли Amazon. По оценкам экспертов компании, технологию начнут использовать «через годы, а не десятилетия», как предполагалось ранее.

Поскольку Amazon владеет значительной долей на рынке облачных вычислений и хранилищ информации, компания намерена с помощью защищённой квантовой связи сохранять лидерство в критически важных для себя сферах, что обеспечит ей преимущество перед конкурентами вроде Microsoft и Google. В Element Six надеются найти новое применение промышленным алмазам, которые ценятся за твёрдость и возможность работать в качестве линз. Их использование в квантовых решениях может открыть большие возможности для De Beers.

Широкое распространение квантовых сетей потребует большого числа специальных компонентов, включая специализированные алмазы. Сообщается, что Element Six недавно открыла завод в США, позволяющий создавать до 2 млн подобных элементов ежегодно с помощью технологии химического осаждения из паровой фазы.

Алмаз представляет собой одну из разновидностей углерода, благодаря своей кристаллической структуре это один из самых твёрдых и теплопроводных материалов, встречающихся в природе. В натуральных алмазах встречаются вкрапления других химических элементов вроде атомов азота, влияющих на цвет камней, а учёные считают, что подобные, но только искусственно упорядоченные вкрапления могут способствовать их использованию в качестве ретрансляторов в квантовых сетях.

Кроме того, их массовое производство может помочь распространению квантовых вычислений — сети должны подключаться к квантовым компьютерам, работающим на родственных технологиях, что и позволит создавать целые вычислительные сети невообразимой сегодня производительности.

Классическая квантовая телепортация — это условность, которая требует параллельной передачи данных по обычным каналам связи. Телепортацией она называется потому, что квантовая информация разрушается в одном месте и как бы мгновенно возникает в другом: одна из двух спутанных частиц исчезает, а её квантовое состояние с помощью обычной связи воспроизводится в другой далеко отнесённой частице. Оказалось, телепортация допускается без всяких условностей: раз — и там!

Источник изображения: Andrew Mueller/INQNET

Теорией прямой телепортации квантовой информации без переноса частиц или энергии занимается физик Хатим Салих (Hatim Salih) из Бристольского университета в Великобритании. У этого учёного был ряд публикаций в мировых научных журналах и новая работа также отмечена публикацией в журнале Quantum Science and Technology. Ранее он предложил несколько протоколов и экспериментов для доказательства существования «контрфактической коммуникации» — связи, которая не может быть объяснена существующими практикой и теориями обычной и квантовой физики.

В своей новой работе физик доказывает, что пара спутанных частиц способна мгновенно передавать квантовую информацию без «костылей» в виде обычных каналов связи — это явление он предлагает называть контрпортацией (counterportation). По крайней мере, в теории всё обещает работать, но учёный рассчитывает дойти до постановки эксперимента (и подобного рода эксперименты уже ставятся, о чём мы также рассказывали).

«Хотя контрпортация достигает конечной цели телепортации, а именно развоплощённой транспортировки [информации], она удивительным образом делает это без каких-либо обнаруживаемых носителей информации, путешествующих через границу, — говорит физик. — Если контрпортация будет реализована, необходимо будет построить совершенно новый тип квантового компьютера: безобменный, в котором общающиеся стороны не обмениваются частицами».

Согласно выкладкам Салиха, пара связанных частиц взаимодействует посредством частного случая моста Эйнштейна–Розена. Это вариант червоточины или прокола в пространстве-времени. Система взаимодействия описывается известными уравнениями и имеет право на существование. Традиционно червоточины описывали с позиций чёрных дыр, поскольку это явления одного порядка. Но кто говорит, что это исключительно астрофизические объекты? Червоточина в пределах одного квантового компьютера может обеспечить безэнергетическую связь для передачи данных между кубитами, квантовыми процессорами и кластерами, а в масштабах страны — и квантового интернета.

«Цель ближайшего будущего — физически построить такую червоточину в лаборатории, которая затем может быть использована в качестве испытательного стенда для конкурирующих физических теорий, даже теорий квантовой гравитации», — уверен учёный, и подробно доказывает подобную возможность в своей статье, полностью доступной по ссылке.

Скорость квантовой связи или распределения квантовых ключей зависит от многих факторов, и одним из них является скорость детектирования одиночных фотонов. Современные детекторы способны регистрировать до 800 млн фотонов в секунду, что хорошо, но мало. Специалисты Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) смогли установить новый рекорд, разработав однофотонный детектор с производительностью 1,5 млрд фотонов в секунду и это не предел.

Датчик подсчёта фотонов Performance-Enhanced Array for Counting Optical Quanta (PEACOQ). Источник изображения: JPL-Caltech/NASA

Ряд схем квантовой связи опираются на способность обнаружить и обработать оптический сигнал на уровне одного фотона. В процессе детектирования с высочайшей точностью регистрируется время прихода каждого фотона (кванта электромагнитной энергии). По мере роста скорости передачи квантовой информации детекторы также должны увеличивать свою производительность, не теряя в эффективности и чувствительности.

Наиболее перспективной платформой для достижения сверхвысоких скоростей подсчёта фотонов считаются детекторы на основе сверхпроводящих нанопроволок. Детектор охлаждается до температуры близкой к абсолютному нулю. Нанопроволока поглощает фотон и нагревается на величину поглощённой энергии. Тем самым электрическое сопротивление нанопроволоки изменяется и это отражается на величине текущего через неё тока. Регистрация времени этого изменения обеспечивает точную привязку к времени прихода фотона.

Эффективность обнаружения фотонов таким способом одна из самых высоких среди всех известных методов и достигает 98 %. Также нанопроволоки интересны тем, что способны обнаруживать фотоны на длинах волн от среднего инфракрасного до ультрафиолетового. Но у всего этого есть один недостаток, который не позволяет увеличить скорость подсчёта, скажем, выше 800 млн фотонов в секунду. Мешает этому процессы отвода тепла от нанопроволок после поглощения фотонов — на это банально требуется время, в течение которого детекторы остаются слепы.

Именно это ограничение пытались преодолеть физики из JPL, когда предложили свою конструкцию детектора в виде хвоста павлина. Да, они его так и назвали — PEACOQ (Performance-Enhanced Array for Counting Optical Quanta). Детектор PEACOQ достиг максимальной скорости счёта около 1,5 млрд фотонов в секунду, сохраняя при этом высокую эффективность и низкий уровень шума.

Секрет кроется в 32 прямых сверхпроводящих нанопроводах, веером расходящихся из центра детектора, как павлиний хвост. Регистрация фотонов происходит параллельно (независимо) каждой нанопроволокой с временным разрешением менее 100 пс. В ходе экспериментов с новым датчиком максимальная скорость регистрации фотонов достигала 1,5 млрд в секунду, что почти в два раза превышает возможности современных счётчиков фотонов.

Усложнение датчика незначительно снизило эффективность детектирования, но не ниже 78 % в режиме максимальной нагрузки. Дальнейшие исследования будут направлены на увеличение этого параметра. Но даже в таком виде квантовая связь может получить толчок в развитии, если датчики PEACOQ найдут путь к разработчикам устройств квантовой связи.

Покупателями первых телефонов с квантовой связью, выпускаемых компанией «ИнфоТеКС» и оценённых ориентировочно в 40 млн рублей, могут стать РЖД и «Газпром». Внедрение таких устройств связи может состояться уже в следующем году и позволит существенно повысить конфиденциальность переговоров.

Источник изображения: FLY:D/unsplash.com

Как сообщает РБК, фактически квантовые телефоны ViPNet QSS представляют собой комплексы, включающие сервер или рабочую станцию с интегрированной квантовой системой выработки и распределения ключей и IP-телефон с интегрированным средством криптографической защиты информации. Для звонка необходимо наличие у собеседника аналогичной системы. Обе должны быть подключены к распределительному узлу квантовой сети по линиям связи с «тёмной» оптикой и заданными характеристиками. Хотя такая связь обеспечивает повышенную защиту информации, считается, что она чувствительна к перепадам температуры, сейсмической активности и ряду других факторов.

Непосредственным производством комплексов занимается компания «ИнфоТеКС», а разработчиком выступает Центр компетенций НТИ на базе МГУ им. М.В. Ломоносова. По словам заместителя генерального директора «ИнфоТеКСа» Дмитрия Гусева, первыми покупателями систем, вероятно, станут РЖД и «Газпром», уже проводящие испытание технологии.

Первая версия квантового телефона была представлена ещё в 2017 году, тогда же МГУ и «ИнфоТеКС» получили субсидию на создание соответствующей аппаратуры. В мае 2019 года состоялся сеанс квантово-защищённой связи, но на тот момент «интерес потенциальных заказчиков ещё не успел оформиться в готовность приобрести подобные продукты». Если раньше сообщалось, что инвестиции «ИнфоТеКСа» в проект составят около 700 млн рублей, а сами системы будут стоить по 30 млн рублей, то теперь цены изменились.

Известно, что на сертификацию квантово-криптографической системы ушло около двух лет — теперь система допущена к продаже и поддерживает голосовые беседы и передачу файлов , а очень скоро появится и возможность видеоконференцсвязи.

Источник изображения: Sigmund/unsplash.com

Достоверных данных о стоимости одного комплекса нет, но источники РБК сообщают о 40 млн рублей, а Дмитрий Гусев ограничился примером, согласно которому защита одного сегмента квантовой сети протяжённостью около 100 км будет стоить «несколько десятков миллионов рублей», но при масштабировании проекта стоимость будет снижаться.

При этом он отметил, что госструктуры могут использовать сертифицированные средства защиты информации, а прочие потенциальные клиенты в теории могли бы применять зарубежные квантовые решения при их появлении, но вряд ли кто-то будет готов продавать их российским компаниям из-за санкций.

В РЖД и «Газпроме» новости не комментируют. Известно, что компании проявляли повышенный интерес к соответствующим решениям ещё пару лет назад. По мнению Гусева, в следующем году может появиться до десяти клиентов, внедривших телефоны производства «ИнфоТеКСа». Вероятно и дальнейшее масштабирование сети, на которой тестировалась технология — квантовые телефоны соединяют кампусы МГУ на Ленинских горах и Моховой улице и головной офис «ИнфоТеКСа» в Отрадном. Не исключено, что в будущем к сети подключатся и другие участники.

Возможно использование квантовых телефонов крупными нефтегазовыми, энергетическими и телекоммуникационными компаниями, а также спецслужбами страны и другими ведомствами, для которых секретность имеет критическое значение. В перспективе же система может быть востребована и банками, медицинскими, транспортными и другими учреждениями. Известно, что помимо «Газпрома» и РЖД, интерес к технологии проявляли в «Ростелекоме», «Росатоме» и Сбере.

В 2021 году сообщалось о начале работы между Москвой и Санкт-Петербургом линии защищённой квантовой связи протяжённостью около 700 км, в создании которой участвовали Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, ООО «Специальный технологический центр», ООО «СМАРТС-Кванттелеком» и ООО «Амикон».

Вчера новая китайская твердотопливная ракета «Лицзянь-1» вывела на орбиту шесть экспериментальных спутников, один из которых оказался спутником квантовой связи нового поколения. Несколько таких спутников обеспечат глобальную сверхзащищённую сеть для 100 абонентов в любом уголке Земли. Подобной системы связи нет ни у кого в мире. Китай станет первой страной с абсолютно защищёнными глобальными коммуникациями.

Источник изображения: SCMP

Квантовое распределение ключей гарантирует высочайшую степень защиты информации. Ключи кодируются в квантовых состояниях элементарных частиц, в частности — фотонов, и сразу же компрометируются при попытке перехвата. Это фундаментальное свойство квантовой механики, обойти которое невозможно в силу непреложности законов физики. Такие системы передают информацию одиночными фотонами, что требует уникальной аппаратуры. И тем более это касается спутниковых платформ, ключи на которые надо передать по оптическому каналу в снег, дождь, туман и даже днём, когда Солнце глушит всё на свете.

Первый в мире спутник для квантового распределения ключей в космос запустили китайцы ещё в 2016 году. С тех пор этот более чем 600-кг аппарат — Mozi («Мо-цзы») — был неоднократно испытан в деле и доказал работоспособность концепции. Новый спутник квантовой связи — Jinan 1 («Цзинань-1») — весит всего 100 кг и может генерировать квантово-распределённые ключи со скоростью на два–три порядка быстрее, чем «Мо-цзы».

Аппарат «Мо-цзы» из-за помех со стороны Солнца не мог работать днём. Новый спутник может работать днём и ночью в любую погоду, генерируя одиночные фотоны и успешно запутывая их для создания квантово-защищённых каналов связи. В ближайшее время Китай планирует вывести на орбиту ещё несколько подобных спутников, чтобы создать глобальную квантовую сеть минимум для 100 абонентов одновременно из любых уголков Земли.

«Это также важный шаг. Благодаря ему Китай стал первой страной в мире, достигшей квантового распределения ключей в режиме реального времени между спутником и Землёй с помощью микро-нано спутника и миниатюрных наземных станций», — говорится в заявлении.

Отметим, спутники по типу «Цзинань-1» будут выводиться на низкую околоземную орбиту, что потребует целой группировки, но создаст каналы с высокой скоростью реакции и передачи. Покрыть всю Землю всего тремя спутниками квантовой связи можно лишь разместив платформы на геостационарную орбиту на высоту до 36 тыс. км. Проблемой остаётся низкая скорость связи с такими платформами с точки зрения скорости генерации ключей. Выходом может стать создание пула из постоянно генерируемых ключей, над чем в Китае также ведутся работы.

Великобритания движется к созданию первого центра для натурных испытаний спутниковой связи с квантовым распределением ключей. На заброшенном аэродроме Эррол в Шотландии на месте бывшей станции для связи со спутниками создадут передовой центр для изучения проблем глобальной связи с квантовым шифрованием.

Источник изображения: Heriot-Watt University

В разработке и практической реализации квантово-защищённых спутниковых каналов связи дальше всех продвинулся Китай. Передачу данных с квантовым распределением ключей между Землёй и спутником Китай испытал первым в мире ещё в 2017 году, а в прошлом году сеть квантовой связи с использованием спутникового сегмента успешно испытали для удалённого управления энергораспределительной сетью на востоке страны.

Сегодня сети с квантовым распределением ключей для шифрования данных используют квантовые состояния фотонов. Из этого следует, что аппаратура для передачи данных базируется на лазерах и оптических приёмниках. Поэтому на наземной станции Данди (DSS) на аэродроме Эррол будет установлен 70-см роботизированный зеркальный телескоп, который будет следить за спутниками связи на низкой околоземной орбите.

Почти абсолютная надёжность связи с использованием квантового распределения ключей опирается на то, что квантовые состояния фотонов (данные) невозможно перехватить не изменив их. Это так называемый эффект наблюдателя в квантовой системе, когда измерение чего-либо нарушает принцип неопределённости Гейзенберга. Поэтому любое вмешательство в канал передачи квантовых ключей будет моментально вскрыто и позволит избежать приёма скомпрометированной информации.

Британский проект является совместным предприятием DSS и исследователей Hub в Университете Гериот-Ватт. Исследовательская установка будет разработана в рамках проекта Quantum Communications Hub, финансируемого через Национальную программу квантовых технологий Великобритании. Его цель — обеспечить квантовую безопасность на всех расстояниях, включая межконтинентальную связь через спутник. Позже к участию в проекте пригласят учёных из других университетов.

Группа Sandbox, занимающаяся разработкой квантовых технологий и принадлежащая техногиганту Alphabet, выделена в самостоятельный бизнес. Об этом её представители объявили во вторник.

Источник изображения: geralt/pixabay.com

В Alphabet мало распространяются о деятельности Sandbox. Известно, что группа основана в 2016 году Джеком Хидари (Jack Hidary) и функционирует в качестве отдельной общности в рамках принадлежащей Alphabet компании X, известной разработкой необычных проектов — от очков дополненной реальности до нейронных сетей или сетей связи из воздушных шаров.

Известно, что Хидари, и сейчас руководящий деятельностью Sandbox, станет главой новой компании. Расположенная в Калифорнии группа насчитывает 55 сотрудников и уже имеет ряд известных инвесторов и клиентов и занимается разработкой и внедрением корпоративных решений, в основном хотя бы частично предусматривающих использование квантовых технологий.

В число инвесторов входят бывший глава Google Эрик Шмидт (Eric Schmidt), Breyer Capital, IME Ventures и T. Rowe Price. Председателем совета директоров стал Эрик Шмидт. В число клиентов уже входят Softbank Mobile, Vodafone и нью-йоркская Mount Sinai Health System.

Ожидаемое появление квантовых компьютеров несёт угрозу традиционному шифрованию. Гарантированно парировать эту угрозу обещают системы связи с квантовым распределением ключей. Безопасность заложена в самой основе квантовой криптографии на физическом уровне. Любая попытка перехвата ключей сразу обнаруживает себя. С передачей квантовых ключей по оптическим кабелям учёные уже разобрались. Пришло время для беспроводного обмена.

Проверка беспроводного распределения квантовых ключей в меняющихся погодных условиях. Источник изображения: МТУСИ

«Группа исследователей из МТУСИ, компаний QRate и "Мостком" провела эксперимент по беспроводной передаче квантового ключа в открытом пространстве на 180 и 3100 метров. Учёным удалось совместить оборудование квантовой защиты информации с технологией лазерной передачи данных и оценить влияние погодных условий на качество их синхронизации», — сказано в пресс-релизе Московский Технический Университет Связи и Информатики (МТУСИ).

Для проведения эксперимента на крыше зданий МТУСИ были установлены и направлены друг на друга терминалы атмосферной (лазерной) оптической связи «Мостком». Генерацию ключей — последовательность одиночных фотонов, информация в которых была закодирована в квантовых состояниях этих частиц — выполняло промышленное оборудование компании QRate. Кстати, QRate обещает до конца года выпустить модули квантовой связи, которые можно подключить к любому ПК и они будут стоить дешевле $10 тысяч.

На протяжении недели команда проводила работы с оборудованием в городских условиях эксплуатации: при воздействии водяного пара, дождя, снега, тумана, смога, солнечного и искусственного освещения. В будущем эта информация поможет развёртывать сети с квантовым распределением ключей там, где прокладка оптических кабелей будет невозможна либо экономически невыгодна, например, для защищённых каналов связи с роботизированной техникой и системами «умного» города. Фактически учёные создают решение так называемой «последней мили» для достаточно простого и массового внедрения технологии в повседневную жизнь.

Для передачи квантово-распределённых ключей на большие расстояния без использования кабелей также можно использовать спутники. В России такие программы находятся на стадии разработки, но в Китае, к примеру, спутники с каналами с квантовой криптографией уже испытываю свыше десяти лет, и даже на практике проверяют работу таких сетей для защиты энергосетей. За квантовой криптографией будущее. Мир становится полностью зависимым от «цифры». Тотальная цифровизация не оставляет других возможностей.

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова сообщил, что 16 декабря состоялся торжественный запуск Университетской квантовой сети (УКС) — уникального проекта построения квантовой защищённой системы связи. Работы начались в декабре прошлого года. Максимальная длина сегмента составила 40 км.

Источник изображения: МГУ им. Ломоносова

Первый этап проекта был завершён в августе 2021 года. К этому времени все запланированные для подключения объекты были введены в работу с проверкой корректности функционирования оборудования. На втором этапе была проведена настройка квантового оборудования и интеграция университетского сегмента сети с сетью компании «ИнфоТеКС» в Отрадном, после чего в сентябре началась опытная эксплуатация сети. «ИнфоТеКС» является партнёром Центра квантовых технологий физического факультета МГУ по реализации этого проекта и участвует в совместной разработке системы выработки и распределения ключей ViPNet QSS.

«Сеть соединила пять квантовых устройств, установленных на территории МГУ на Ленинских горах, Моховой улице, а также в головном офисе компании "ИнфоТеКС" в Отрадном, распределяющих квантовые ключи на двадцать абонентских терминалов. При этом максимальная длина канала квантово-защищенной связи в рамках проекта достигла 40 км», — сообщается в пресс-релизе МГУ.

При создании Университетской квантовой сети МГУ предусмотрена возможность присоединения других участников. Желающие найдутся. В частности, собственная квантовая сеть создана на базе разработок НИТУ «МИСиС», МТУСИ, ООО «КуРэйт» и ООО «Код Безопасности». Обе сети заявлены как открытые и, вероятно, могут рассматриваться в плане совместной работы. Тем самым экспертное сообщество в новой сфере криптографических коммуникаций обещает значительно расшириться, что приведёт к появлению нового опыта и новых практических решений.

Как сообщается, к концу 2022 года специалисты российской технологической компании QRate и учёные НИТУ «МИСиС» разработают компактную и дешёвую систему квантовой связи, которую можно будет использовать в работе любого настольного компьютера для передачи защищённых данных. Речь идёт о квантовом распределении ключей с абсолютной защитой от взлома за счёт использования фундаментальных свойств квантового мира.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Ранее учёные НИТУ «МИСиС» докладывали, что в разработке находится технология квантового распределения ключей, которая позволит на 28 % снизить стоимость развёртывания сети с квантовой защитой для передачи ключей. Доступная по цене система квантового шифрования позволит воспользоваться услугой среднему и малому бизнесу с перспективной предоставления этого сервиса обычным гражданам.

Разработчики заявляют, что карта расширения для квантового распределения ключей для ПК будет стоить до $10 тыс., что на несколько порядков дешевле, чем затраты на закупку оборудования для уже существующих систем квантовой связи. Более того, карта расширения позволит связать абонента с несколькими узлами одновременно, тогда как современное оборудование работает по топологии «точка-точка». Оптика давно стала сравнительно широкодоступной в России, и в обозримом будущем за два–три цикла обновления широкодоступной станет сверхзащищённая квантовая связь.

«Квантовые системы связи относятся к категории дорогого оборудования, однако у нас уже есть дорожная карта по снижению стоимости подключения и создания многоточечных подключений. В частности, к концу 2022 года мы планируем завершить разработку мини-системы квантового распределения ключей, которой смогут воспользоваться любые компании и домашние пользователи», — сообщил директор Центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ «МИСиС» Юрий Курочкин.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Важно отметить, что инфраструктура для квантового распределения ключей уже фактически создаётся. Опытная квантовая сеть с открытым доступом введена в тестовую эксплуатацию в Москве в сентябре 2021 года. Она соединяет университеты НИТУ «МИСиС» и МТУСИ и доступна для внешних подключений. На базе опытной сети планируется разрабатывать и испытывать приложения и платформы, которые в дальнейшем найдут практическое применение.

Добавим, высочайшая защищённость квантовой криптографии базируется на фундаментальных свойствах квантового мира. Данные ключей кодируются (в том числе) в квантовых состояниях одиночных фотонов. Перехват такого фотона безвозвратно меняет его квантовое состояние и нарушает целостность ключа. Дешифровка таким ключом не будет проводиться. Расшифровать сообщение можно будет только ключом без признаков перехвата.

Исследователи из России предложили уникальную архитектуру квантовой сети, которая позволяет значительно сократить финансовые затраты на её развёртывание и последующее обслуживание.

pixabay.com

В работах приняли участие специалисты Центра НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ «МИСиС», Московского физико-технического института (МФТИ) и Российского квантового центра (РКЦ).

Суть метода заключается в использовании оптических переключателей и уменьшении количества устройств квантового распределения ключей. Утверждается, что благодаря данному подходу стоимость квантовой сети можно уменьшить более чем на четверть — на 28 %.

Квантовое распределение ключей (КРК) — метод передачи секретного ключа между двумя сторонами, безопасность которого основана на фундаментальных законах квантовой физики. На практике применение данной технологии сопряжено с рядом сложностей: это, в частности, высокая стоимость устройств КРК и необходимость обеспечения приемлемых скоростей передачи секретных ключей между общающимися сторонами.

НИТУ «МИСиС»

Российские исследователи предлагают задействовать в составе квантовых сетей оптические коммутаторы существующих оптоволоконных сетей. Это, как утверждается, позволит сократить количество используемых устройств КРК, а следовательно, снизить стоимость.

«Идея использования коммутаторов заключается в том, что оптические каналы существующей телекоммуникационной структуры очень разнородны с точки зрения потерь, поэтому скорость генерации ключей сильно различается в разных сегментах. Поэтому, по крайней мере, в случае конфигурации магистральной квантовой сети, нет смысла организовывать непрерывную генерацию ключей на всех участках — скорость генерации ключей ограничена самым медленным каналом. Таким образом, использование оптических переключателей в сегментах с низкими потерями может помочь значительно снизить общую стоимость квантовой сети, в то время как скорость генерации секретного ключа остаётся достаточно высокой», — говорят учёные.

На днях на сайте госзакупок появилось предложение от «Российских железных дорог» (РЖД) на разработку устройств квантовой связи (шифрования) дальнего действия. Производимые в России квантовые коммуникаторы работают на дистанции до 80 км. По заявке РЖД требуется разработать коммуникаторы с дальностью работы свыше 200 км, за что компания готова заплатить до 300 млн руб.

Источник изображения: alphaspirit/Depositphoto

При развёртывании системы связи с использованием квантовой криптографии по всему маршруту устанавливается сеть доверенных узлов. Например, на введённой между Москвой и Санкт-Петербургом квантовой линии связи длиной 700 км развёрнуто 19 доверенных узлов, на каждом из которых квантовый ключ собирается заново. Подобные узлы не снижают уровень защиты, поскольку они способны определить попытку перехвата ключа и не допустят передачи потерявшей доверенность информации, но чем больше узлов, тем дороже сеть и, что самое главное, ниже скорость передачи ключей.

Для России с её огромными расстояниями вопрос количества доверенных узлов стоит не просто остро, а чрезвычайно остро. Передовая мировая наука испытывает технологии, которые уже сегодня в рамках экспериментов могут транслировать квантовые состояния фотонов, а именно это и есть основа передачи распределённых квантовых ключей шифрования, на дальность до 600 км с приличной скоростью до 30 Кбит/с. В своей заявке РЖД установила минимальную планку передачи данных на 200 км, но верхний предел остаётся открытым для разработчиков.

РЖД вплотную занялась квантовой криптографией в 2019 году. Зимой 2020 года стало известно о планах компании вложить в развитие квантовых технологий в России до 24,7 млрд руб., половина из которых будет выделена из бюджета. Квантовые линии связи отвечают исключительно за передачу защищённых ключей. Сами сообщения проходят по незащищённым каналам и практически невозможны для расшифровки.

Квантовые линии связи отличаются тем, что передают информацию в квантовых состояниях носителей. В данном случае — в фазовых состояниях фотонов. Попытка перехвата фотонов безвозвратно меняет их квантовое состояние и о перехвате становится сразу известно. Это так называемый эффект наблюдателя в квантовой физике, когда любой инструмент перехватчика слишком грубый, чтобы просто наблюдать и не оказать какого-либо воздействия на предмет наблюдения. Как совсем простой пример: вскрытие показало, что пациент умер от вскрытия. Грубо, но точнее некуда.

Также РЖД объявляет тендер на разработку новых методов квантовой связи, основанных на передаче связанных квантовых состояний. Это не менее интересная тема, поскольку кроме криптографии вторгается в сферу распределённых квантовых вычислений или кластерных систем. За стенд с прототипами РЖД готова заплатить до 78 млн руб. Работы должны быть закончены 28 апреля 2023 года с предоставлением теоретического и практического материалов.

Что касается основной заявки, то «дальнобойный» квантовый коммуникатор для квантового шифрования должен быть представлен в виде действующих прототипов приёмника и передатчика, а также связного оборудования до 31 июля 2024 г. Все разработки, подчёркивается, должны быть защищены патентами и сопровождаться публикацией не менее пяти работ в научных журналах.