В России заработала самая длинная в мире ВОЛС с квантовым шифрованием

 © kazanreporter.ru

Ученым из Казанского квантового центра удалось обеспечить квантовое шифрование на ВОЛС длиной 143 км, что является мировым рекордом. Эксперимент проводился на сетях «Ростелекома» и «Таттелекома». Поскольку одиночные фотоны, которые используются для шифрования в квантовых сетях, очень легко меняют свое состояние, передавать таким образом информацию на расстояние более 100 км затруднительно.

Самая длинная линия

В России было протестировано квантовое шифрование на волоконно-оптической линии связи протяженностью 143 километра. Как сообщили CNews участники эксперимента, это является мировым рекордом для коммерческих сетей связи.

Тестирование проводили Казанский квантовый центр Казанского национального исследовательского технического университета имени А. Н. Туполева (ККЦ КНИТУ-КАИ), «Ростелеком» и «Таттелеком». До этого в 2018 г. «Ростелеком» уже тестировал подобную технологию на ВОЛС, но тогда длина линии составила 58 км.

Эксперимент ККЦ КНИТУ-КАИ проходил в Татарстане на сетях двух операторов связи — «Ростелекома» и «Таттелекома». Участники эксперимента подчеркивают, что использование сетей независимых операторов важно с точки зрения практического внедрения квантового шифрования. Тестируемая ВОЛС протянулась от Лаборатории практической квантовой криптографии ККЦ КНИТУ-КАИ до узла связи «Ростелекома» в Апастово.

Казанский квантовый центр был создан в сентябре 2014 г. На базе центра работают Лаборатория квантовой памяти и коммуникаций, Лаборатория фотоники и волоконной квантовой оптики и Лаборатория практической квантовой криптографии. Центр осуществляет исследования в области квантовой физики, оптики и информатики.

Технические особенности

В ходе эксперимента была решена задача передачи квантовых ключей по ВОЛС на длительное расстояние. Для этого был использован прототип комплекса передачи и приема данных с гибридной квантово-классической защитой. Комплекс, разработанный в КНИТУ-КАИ, обеспечивает возможность передавать квантовые ключи на большие расстояния.

В состав комплекса входит система квантового распределения ключей на боковых частотах, криптомаршрутизатор и высокоэффективный детектор одиночных фотонов, выпущенный российской компанией «СКОНТЕЛ». Исходная схема квантовой рассылки ключа была разработана в Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО).

В ходе тестирования криптомаршрутизатора была установлена видеоконференцсвязь между двумя узлами связи, находящимися на расстоянии 143 км. Оптические потери в канале составили 37 дБ. Обмен ключами был произведен с помощью потока одиночных фотонов — путем записи в их квантовые состояния классической информации.

Частота смены фазы модуляции при рассылке ключей составила 100 МГц, среднее количество фотонов на один такт модуляции было равно 0,2. В ходе эксперимента 256-битный ключ можно было менять до двух раз в минуту, средняя скорость генерации ключей в канале это позволяла.

Проблема передачи ключей

Напомним, одной из главных уязвимостей существующих систем шифрования является необходимость передавать ключи. Ключ можно перехватить, что лишает кодирование эффективности. Но в квантовых сетях для шифрования используются одиночные фотоны, которые навсегда меняют свое состояние при чтении. Это делает незаметный перехват информации невозможным.

Недостатком квантовой связи является то, что фотоны очень легко меняют свое состояние. Поэтому передавать информацию на расстояние более 100 км затруднительно. Кроме того, данные передаются достаточно медленно.

Другие исследования

В России исследованиями в области квантовой связи занимаются различные организации — например, созданный в 2010 г. при содействии Газпромбанка и Минобрнауки Российский квантовый центр (РКЦ), в которой было вложено 450 млн руб.

В июне 2016 г. сотрудники РКЦ соединили квантовой связью два здания Газпромбанка в Москве. Аппаратной основой для внедрения квантовой защиты послужил стандартный оптоволоконный кабель. Длина линии составила 30,6 км, она протянулась от Коровьего вала до Новых Черемушек. Передача ключа оказывалась ошибочной всего в 5% случаев, что доказало возможность использования квантовой защиты в существующей инфраструктуре.

В мае 2017 г. специалистам РКЦ впервые в России удалось создать многоузловую гетерогенную квантовую сеть передачи данных, в которой применялись одновременно два метода кодирования информации. Такой подход позволяет внедрять квантовую защиту в уже существующую телеком-инфраструктуру. Эксперимент проводился на оптоволоконных линиях Газпромбанка.

Построенная исследователями сеть включала в себя три узла и два квантовых канала длиной 30 км и 15 км соответственно. На одном участке сети информация шифровалась путем поляризации фотонов, на втором была задействована их фаза. Метод кодирования с помощью поляризации был разработан в РКЦ.

В конце 2017 г. в лаборатории физического факультета МГУ прошел испытаниерабочий квантовый телефон. Сигнал в нем передавался по обычной линии, ключи шифрования — по квантовой.

В августе 2019 г. в структуре компании РЖД был создан департамент квантовых коммуникаций, который займется развитием в России соответствующих технологий. Создание департамента стало следствием подписания в июле 2019 г. соглашения о намерениях между РЖД и правительством России.

Кстати, а вы знали, что на «Сделано у нас» статьи публикуют посетители, такие же как и вы? И никакой премодерации, согласований и разрешений! Любой может добавить новость. А лучшие попадут в телеграмм @sdelanounas_ru. Подробнее о том как работает наш сайт здесь👈