Ученые из Казанского квантового центра КНИТУ-КАИ и Университета
ИТМО совместно произвели запуск пилотного сегмента первой в России многоузловой квантовой сети. Этот проект является важным
шагом в развитии квантовой связи в России, поскольку именно он заложит технологическую основу для создания масштабируемой
национальной инфраструктуры квантовых коммуникаций. Квантовая
сеть в Казани полностью основана на отечественных разработках и по техническим параметрам не уступает, а по ряду характеристик
превосходит, передовые зарубежные аналоги.
Казанский проект реализуется на действующей оптоволоконной линии
с использованием телекоммуникационной инфраструктуры оператора
ПАО «Таттелеком».
"Таких проектов в мире единицы, поскольку их способны реализовать
только ведущие научные центры, обладающие передовыми знаниями в области как фотоники и квантовой информатики, так и сетевых
информационных технологий, в тесном взаимодействии с индустриальными партнерами.", — комментирует директор Казанского
квантового центра КНИТУ-КАИ Сергей Моисеев.
— Это пилотный проект, главная задача которого — «полевые
испытания»: тестирование технологии, отработка механизмов
интеграции квантовых каналов в существующую телекоммуникационную
инфраструктуру и масштабирования квантовой сети,
— пояснил руководитель Лаборатории квантовой
информатики Международного института фотоники и оптоинформатики
Университета ИТМО и лаборатории практической квантовой
криптографии Казанского квантового центра Артур Глейм. —
Всё это осуществляется на базе действующих городских линий
связи. В течение ближайшего десятилетия технология квантовой
коммуникации станет такой же привычной и полезной частью нашей
жизни, как широкополосный интернет и мобильная связь. Повысится
уровень информационной безопасности: прямые атаки на каналы связи
и кража данных из них окажутся недоступны для злоумышленников.
Квантовые коммуникации — технология связи, позволяющая обеспечить
высочайший уровень защиты передаваемых данных в оптических сетях
связи. Сейчас все данные, передающиеся с помощью обычных
оптоволоконных сетей (мобильная связь, интернет), теоретически
могут быть подвергнуты взлому, поскольку они шифруются с помощью
специализированных математических алгоритмов. Чем мощнее у взломщиков компьютер — тем проще им просчитать алгоритм
шифрования.
Поэтому ученые, разрабатывая квантовые сети, ставили перед собой
задачу: разработать систему, с помощью которой можно достигнуть
безопасности коммуникаций, не изобретая алгоритмов шифрования.
В основе квантового шифрования лежит физический принцип, согласно
которому состояние фотона нельзя прочесть дважды, потому что
после первого чтения состояние фотона изменится и повторная
попытка даст уже другой результат. Информация, передаваемая в виде однофотонных лазерных импульсов по оптоволоконным каналам
связи, защищена, таким образом, от прослушивания.
Для реализации
квантовой сети специальное оборудование
устанавливается на оптоволоконную сеть. С его помощью
генерируются, кодируются, передаются и принимаются однофотонные
сигналы, посредством которых осуществляется защита передаваемой
информации. Пилотный проект в Татарстане реализуется на основе
оригинальных разработок российских ученых. По словам Артура
Глейма, стоимость комплекта оборудования для соединения двух
точек сейчас составляет около $100 тыс, однако он уточнил, что
с развитием технологий и производства стоимость оконечных решений
существенно снизится.
Директор Казанского квантового центра КНИТУ-КАИ Сергей Моисеев
рассказал, что сейчас многоузловая сеть апробируется в Казани, а следующим шагом станет строительство сети по всей Республике
Татарстан. По его словам, базовая технология, на которой строится
сеть, изначально разработана в университете ИТМО, а сейчас на ее основе идет создание сетевых решений.
— Мы хотим проложить сеть между Казанью и Набережными Челнами.
Сейчас работаем над самим оборудованием, например, по ускорению
передачи данных, — рассказывает Сергей Моисеев. — Расстояние
для передачи квантов составляет около 100 км. А далее новые узлы
«удлиняют» сеть.
Пилотный проект в Татарстане — первая в России
квантовая сеть с четырьмя узлами. Пока у нас были реализованы только два
проекта,
оба по принципу «точка-точка», когда напрямую соединяются только
два узла. Самая первая была запущена в университете ИТМО еще в 2014
году — тогда ученым удалось объединить два корпуса вуза по стандартному
подземному оптоволоконному кабелю. Вторая сеть была
реализована в июне этого года Российским квантовым
центром (РКЦ) и соединила два московских здания
Газпромбанка. Инвестиции в проект составили более 450 млн рублей.
А вот в проекте Казанского квантового центра и ИТМО участниками
защищенной передачи данных могут быть уже несколько сторон,
связанных друг с другом квантовыми каналами. Как рассказали
ученые, в первую очередь подобная защищенная сеть необходима для
финансового сектора и госструктур — организаций, у которых самая
высокая потребность в безопасной передаче данных.
Руководитель группы квантовых коммуникаций РКЦ Юрий Курочкин
рассказал, что главная проблема, которую решают квантовые сети,
это исключение риска «подслушивания» ключа.
— Если кто-то посторонний подключится к такой линии, об этом
сразу узнают и получатель и отправитель, способа сделать это
незаметно не существует, — говорит Курочкин. — Квантовые линии связи могут найти широкое применение везде, где
важна защита информации — в банковской, финансовой, корпоративной
сфере, у военных, у государственных органов. Любые цифровые
данные теоретически можно передавать по квантовым
каналам. Но такой уровень защиты нужен далеко не во всех случаях,
не имеет смысла шифровать переписку о планах на выходные.
Технология квантовой криптографии пока находится на ранней
стадии, стадии серверных решений. Для создания мобильных решений
и, соотвественно, квантовой мобильной связи требуется
значительный технологический прогресс.
Ректор университета Иннополис Александр Тормасов считает, что
анонсируемое открытие ученых решает технологические вопросы
квантовых сетей, что позволяет начать работу с линиями длиннее
одного узла.
— У квантовых коммуникаций есть одна проблема, — говорит
Томасов. — Если мы выпускаем фотон по оптической линии, то по дороге он может пропасть из-за длины линии и слишком сильного
затухания. Если сделать повторители колебаний в середине линии,
как в обычных коммуникациях, то это убьет идею двух запутанных
фотонов, и линия перестанет быть безопасной. Переход от двух узлов без повторителей к четырем узлам — серьезный
шаг современных технологий. И упомянутая работа — большое
достижение, которое находится на передовом краю научной мысли.
Теперь остается только один вопрос: как уменьшить себестоимость
этих решений.
В Китае до конца этого года планируется запустить квантовую сеть
между Пекином и Шанхаем длиной порядка 2 тыс. км. А в США ведутся
работы над квантовой сетью между Огайо и Вашингтоном
протяженностью 650 км.
