Москву и Санкт-Петербург соединили квантовой линией связи


Москву и Санкт-Петербург соединили квантовой линией связи

G. P. Miroshnichenko et al. / Optics Express, 2018

В России запущена 700-километровая линия квантовой защищенной связи, соединившая Москву и Санкт-Петербург, говорится в сообщении на сайте правительства РФ. Линия, созданная РЖД при участии петербургского университета ИТМО, содержит 19 доверенных узлов, информация в ней кодируется в фазовых состояниях фотонов, а скорость передачи ключа составляет около 300 бит в секунду.

Современная криптография позволяет шифровать сообщения так, что их не сможет расшифровать никто, кроме того, у кого есть ключ (для этого, например, достаточно, чтобы длина ключа была равна или превышала длину зашифрованного текста). Главная уязвимость этих методов — необходимость передачи ключа по защищенному каналу, создавать который очень сложно и дорого, а с учетом того, что ключи надо регулярно менять (скажем, несколько раз в секунду), иногда и бессмысленно. Поэтому в современных коммуникациях широко используются протоколы шифрования с открытым ключом. В таких протоколах используются асимметричные функции, например, разложение чисел на простые множители, что делает дешифровку крайне сложной (но она все-таки возможна).

Квантовые линии предназначена для того, чтобы сделать безопасной саму процедуру передачи ключа. В этом методе информацию о ключе несут единичные фотоны в виде своих характеристик — например, поляризации, фазы или формы волнового фронта. При попытке злоумышленника измерить эту характеристику, необратимо нарушается квантовое состояние фотона, что фиксируется адресатом. Подробнее о протоколе квантовой связи можно прочесть в нашем материале «Выдергиваете и сжигаете».

Однако у квантовой связи есть существенные ограничения — шумы, помехи, колебания температуры меняют состояния фотонов, и чем на большее расстояние надо передать сигнал, тем меньше фотонов выживает, и тем ниже скорость передачи ключа. До недавнего времени предельная дальность передачи по оптоволоконной сети не превышала 100 километров, на большем расстоянии почти все фотоны теряют свои состояния. Эту проблему пытаются решить либо с помощью трансляции через спутник, либо создавая доверенные узлы — то есть «станции» усиления сигнала, которые, как рассчитывают создатели квантовой линии, недоступны для злоумышленников. Квантовые повторители — «усилители» сигнала, которые при этом не разрушают квантовых состояний — пока еще не созданы. Тем не менее квантовая связь востребована банками и государственными организациями, в России собственные пилотные сети на базе разработок Российского квантового центра создавали «Газпромбанк» и «Сбербанк», в Китае еще в 2017 году была запущена квантовая линия Пекин — Шанхай длиной около двух тысяч километров.

На новой квантовой линии между Москвой и Петербургом 19 доверенных узлов, сообщила N + 1 представитель ИТМО. Три из них находятся в Санкт-Петербурге, три — в Москве и 13 узлов — на железнодорожных станциях от Тосно до Крюково. По словам директора центра квантового интернета ИТМО Сергея Хоружникова, одиночные фотоны не излучаются непосредственно, они возникают на боковых частотах в результате фазовой модуляции классических импульсов инфракрасного лазера с длиной волны 1550 нанометров. Данные кодируются в фазовых состояниях фотонов, а для передачи используется собственный протокол ИТМО, основанный на самом первом протоколе квантовой связи BB84.

Скорость передачи уже просеянного (то есть готового к использованию, очищенного от несовпавших битов) квантового ключа составляет 300 бит в секунду на расстояние около 60 километров.

Квантовая линия Москва — Санкт-Петербург рассматривается только как пилотный участок. Дорожная карта развития квантовых технологий в России предполагает, что к 2024 году в стране будет уже семь тысяч километров квантовых сетей.

Узнать больше о принципах и протоколах квантовой коммуникации можно в нашем курсе «Квантовые технологии».

Сергей Кузнецов

Источник: nplus1.ru



Логотип Labuda.blog
Авторизоваться с помощью: 
Яндекс.Метрика