Завершено розгортання першої в світі інтегрованої квантової комунікаційної мережі

Вчені, інженери та інші фахівці з декількох китайських провідних наукових установ, очолювані вченими з китайського Науково-технічного університету в Хефей, завершили розгортання першої і найбільшої в світі інтегрованої квантової комунікаційної мережі, яка зараз об’єднує близько 700 каналів на базі оптоволоконних ліній і кілька супутникових каналів. Ця мережа дозволяє реалізувати технологію квантового розподілу ключів шифрування на максимальну відстань в 4600 кілометрів, і забезпечує безпечний зв’язок між основними китайськими державними, оборонними, фінансовими і науковими організаціями.

На відміну від комунікацій, в яких використовуються стандартні методи шифрування, квантові комунікації вважаються абсолютно безпечними і не піддаються злому. Саме такі квантові комунікаційні системи ідеальні для обміну інформацією між банками, державними організаціями та військовими підприємствами. Основою квантових комунікацій є технологія квантового розподілу ключів шифрування (quantum key distribution, QKD), яка дозволяє передавати ключі за допомогою квантового стану частинок, фотонів світла в більшості випадків. При цьому, про будь-якій спробі «підслуховування» або іншого типу втручання тут же стає відомо, що передається ключ стає скомпрометованим і не може використовуватися для шифрування інформації, що передається.

У 2016 році Китай запустив штучний супутник Micius (QUESS), за допомогою якого була реалізована технологія QKD між двома наземними станціями, що знаходяться на відстані 2 600 кілометрів, а в 2017 році була введена в лад оптоволоконна мережа, довжиною понад 2 000 кілометрів, яка пов’язала Пекін і Шанхай. І ці два компоненти стали основою для створення глобальної китайкою квантової комунікаційної мережі.

Використовуючи додаткові оптоволоконні сегменти і мережі, спеціалізовані квантові релейні станції і квантові супутникові канали, нова мережа об’єднала понад 150 абонентів, до складу яких увійшли електронні урядові системи, об’єкти енергетики і електромереж, державні і деякі приватні банки, промислові підприємства, в тому числі і оборонного значення. Все це є демонстрацією того, що технології квантових комунікацій вже можуть використовуватися для практичного створення безпечних мереж. Більш того, квантові комунікаційні технології вже готові до об’єднання національних квантових мереж різних країн, тільки для цього буде потрібно проведення робіт по стандартизації апаратних засобів і використовуваних протоколів даних.

У новій реалізації китайської квантової мережі використовується безліч технологічних новинок, оптимізованих апаратних і програмних засобів. Наприклад, велика тактова частота роботи і новий більш ефективний протокол QKD дозволяє генерувати і передавати ключі шифрування зі швидкістю 47.8 кілобита в секунду. Така швидкість тільки може викликати сумну посмішку у тих, хто вже звик до мега- і гігабітним швидкостями передачі даних. Однак, з урахуванням того, що довжина ключів шифрування не перевищує звичайно 2 кілобайт, швидкості в 47 кілобіт цілком достатньо для забезпечення роботи всієї мережі з мінімальними затримками, крім цього, дана швидкість приблизно в 40 разів вище, ніж те, що було досягнуто раніше.

Надалі китайці планують продовжити розгортання квантової мережі шляхом додавання до неї нових сегментів і збільшення кількості підключених до неї абонентів. Крім цього планується підключення китайської квантової мережі до мереж або сегментам мереж Австрії, Італії, Росії та Канади. Для цього зараз розробляються невеликі, але ефективні квантові супутники і наземні станції для забезпечення ефективної роботи технології QKD. Крім цього ведеться розробка квантових супутників для високої навколоземної орбіти, які забезпечать роботу технології QKD на рекордних відстанях в десятки тисяч кілометрів.