Первый сеанс квантовой видеосвязи прошёл удачно

Первая квантово-защищённая видеоконференция состоялась в минувшую пятницу, 29 сентября. На связь вышли президент Китайской Академии наук Бай Чунли из Пекина и президент Австрийской академии наук Антонио Зейлингер из Вены.

Как подчеркнул портал N+1, это первая демонстрация межконтинентальной квантовой коммуникации. Эксперимент установил новый рекорд дальности квантовой связи — свыше 7,4 тысячи километра (именно столько составляет расстояние между Веной и Пекином).

Передача сообщений из Вены в Пекин через космическую наземную интегрированную квантовую сеть. (Изображение команды PAN Jianwei)

В связи с  экспоненциальным ростом использования Интернета и развитием электронной коммерции учёные считают создание безопасной сети с глобальной защитой данных крайне важной задачей. Пока в мире практически нет полностью безопасных компьютерных сетей.

Традиционная криптография с открытым ключом обычно опирается на воспринимаемую вычислительную неспособность некоторых математических функций. В отличие от этого метода распределение квантовых ключей (QKD) использует отдельные кванты света (один фотон) в состояниях квантовой суперпозиции, чтобы гарантировать безусловную безопасность между удалёнными сторонами.

До сих пор квантовое расстояние связи было ограничено несколькими сотнями километров. Перспективным решением этой проблемы стало использование спутниковой и космической связи.Схема экспериментальной установки. (Изображение команды PAN Jianwei)

Команда учёных из Китайской академии наук более десяти лет занималась разработкой спутника «Мо Цзы», который был успешно запущен 16 августа 2016 года на орбите на высоте ~ 500 км.

Спутник оснащён передатчиком QKD с декомпозицией, источником запутанных фотонов и приёмником-анализатором квантовой телепортации. В Китае построено пять наземных станций для связи с этим спутником.

В течение года после запуска были достигнуты три ключевых показателя, которые будут иметь важнейшее значение для глобального квантового интернета:

• отношение QKD к западу от земли с частотой кГц на расстоянии ~ 1200 км;
• распределение сигнала в две точки на Земле, расстояние между которыми составляет примерно 1200 км,
• квантовая телепортация от земли к спутнику.

Измеренная эффективность передачи оказалась в 20 раз выше, чем передача через оптические волокна.

Спутниковый передатчик QKD передаёт данные через ВОЛС, соединяющие пользователей, находящихся на расстоянии до 100 км. Например, станция Xinglong теперь соединена с многоузловой квантовой сетью в Пекине с помощью ВОЛС.

Совсем недавно крупнейшая квантовая ВОЛС в две тысячи километров связала Пекин с Шанхаем (проходя через Цзинань и Хэфэй и 32 доверенных реле). В базовом блоке используется протокол QKD с протоколом разломов и достигается универсальная скорость ключа 20 кбит/с.Создание надежной связи «земля-земля» для передачи квантового состояния. (Изображение команды PAN Jianwei)

На первом этапе эксперимента с помощью квантовых методов генерировался секретный ключ между «Мо Цзы» и обсерваторией неподалеку от Вены. После этого другой ключ создавался между спутником и Пекином. На последнем этапе два ключа объединялись на «Мо Цзы» и распределялись между городами.

В России первую в стране опытную полноценную линию квантовой связи протяжённостью 30,6 километра запустили 31 мая 2016 года. Она соединила два здания «Газпромбанка» в Москве: на Коровьем валу и в Новых Черемушках. Инвестиции в проект составили 450 миллионов рублей. Сеть была создана на базе существующей оптоволоконной линии.

Квантовая связь – максимально безопасный способ передачи данных. Для обмена информацией в рамках этой технологии используются одиночные фотоны, состояния которых безвозвратно меняются, как только кто-то попытается их «прочитать». В связи с тем, что фундаментальное положение квантовой физики — принцип неопределенности Гейзенберга, такие сети не позволяют считывать информацию с канала данных и подбирать к ней ключ.