Китайские ученые создали первую в мире интегрированную сеть квантовой связи, объединяющую более 700 оптических волокон на земле с двумя линиями связи «земля – спутник» для квантового распределения ключей на общем расстоянии 4600 километров для пользователей по всей стране, сообщает портал Nature Research.
Преимущества квантовой связи
В отличие от обычного шифрования, квантовая связь считается защищенной от взлома, поэтому будущее безопасной передачи информации для банков, электросетей и других секторов – именно за ней, за квантовыми технологиями связи.
Ядром квантовой связи является квантовое распределение ключей QKD (Quantum Key Distribution), которое использует квантовые состояния частиц – например, фотонов – для формирования строки нулей и единиц. Любое прослушивание между отправителем и получателем изменит эту строку или ключ, поэтому взлом квантовой сети оказывается невозможным в принципе – он будет немедленно обнаружен. Здесь на стороне защиты действуют неодолимые законы квантовой механики. В этом, собственно, и состоит одно из неоспоримых преимуществ квантовых коммуникаций.
Спутник квантовой связи
Пока наиболее распространенная технология QKD использует оптические волокна для передачи на несколько сотен километров с высокой стабильностью, но, сожалению, и со значительными канальными потерями. Еще одна крупная технология QKD использует свободное пространство между спутниками и наземными станциями для передачи данных на тысячекилометровом уровне.
Так, в 2016 году Китай запустил первый в мире спутник квантовой связи QUESS (Quantum Experiments at Space Scale), или Mozi/Micius и достиг QKD с двумя наземными станциями, расположенными на расстоянии 2600 км друг от друга. В 2017 году было завершено строительство волоконно-оптической сети протяженностью более 2000 км для QKD между Пекином и Шанхаем. Возможно, мы являемся свидетелями возникновения квантового Интернета будущего, работающего на квантовых устройствах.
Квантовая коммуникационная технология
С помощью доверенных реле наземная волоконно-оптическая сеть и линии связи со спутниками были интегрированы для обслуживания более 150 промышленных пользователей по всему Китаю, включая государственные и местные банки, муниципальные электросети и веб-сайты электронного правительства. Квантовое шифрование обеспечивает надежную защиту сети от взлома.
«Наша работа показывает, что квантовая коммуникационная технология является достаточно зрелой для крупномасштабного практического применения», – заявил Цзяньвэй Пань, профессор НТУК (Научно-технический университет Китая, USTC). «Аналогичным образом, глобальная квантовая сеть связи может быть создана при объединении национальных квантовых сетей из разных стран, а также при объединении усилий университетов, учреждений и компаний для стандартизации соответствующих протоколов, аппаратного обеспечения и т.д.», – добавил профессор.
Квантовое распределение ключей и увеличение производительности
В последние пару лет команда тщательно тестировала и увеличивала производительность различных частей интегрированной китайской сети, совершенствовала методы квантовой криптографии. Например, при повышенной тактовой частоты и более эффективном протоколе QKD квантовое распределение ключей «спутник – земля» теперь имеет среднюю скорость генерации ключей 47,8 килобит в секунду, что в 40 раз выше предыдущей скорости.
Исследователи также установили рекорд для наземных QKD на расстоянии более 500 км, используя новую технологию, названную двухполевым квантовым распределением ключей TF-QKD (Twin Field Quantum Key Distribution).
Расширение квантовой сети. Новые спутники QKD
В дальнейшем команда продолжит расширение квантовой сети в Китае и в сотрудничестве с международными партнерами из Австрии, Италии, России и Канады.
Китайцы также нацелены на создание малых экономичных спутников QKD, наземных приемников, а также средне- и высокоорбитальных спутников для достижения постоянного уровня QKD в десять тысяч километров.
Работу команды из НТУК уже поддержали:
- Национальная комиссия по развитию и реформам Китая (NDRC);
- правительства провинций/муниципалитетов Шаньдун, Аньхой и Шанхай;
- Комиссия по регулированию банковской деятельности Китая (CBRC);
- Китайская академия наук (CAS);
- Министерство науки и технологий (MOST);
- Национальный фонд содействия развитию науки (NSFC).
