Ученые из Российского квантового центра запустили первую в стране многоузловую квантовую сеть, для передачи данных в которой используются сразу два метода шифровки информации. Результаты опытов были опубликованы в электронной библиотеке arXiv.org

«Методы квантовой защиты данных хорошо отработаны в лабораторных условиях, но при переносе их на существующую телекоммуникационную и криптографическую инфраструктуру возникает множество проблем, в частности, при использовании реальных городских линий связи. Нам удалось успешно решить одну из них – использование в одной сети двух разных методов кодирования информации», – рассказывает Алексей Федоров, научный сотрудник РКЦ.

Феномен квантовой запутанности является основой современных квантовых технологий. Это явление, в частности, играет важную роль в системах защищенной квантовой связи – такие системы полностью исключают возможность незаметной «прослушки» из-за того, что законы квантовой механики запрещают «клонирование» состояния частиц света. В настоящее время системы квантовой связи активно разрабатываются в Европе, в Китае, в США.

Первые сети такого рода начали появляться в России примерно три года назад. Первая квантовая линия связи была запущена в Университете ИТМО в 2014 году, когда ученые связали квантовым каналом два корпуса вуза через действующий подземный оптоволоконный кабель. В июне 2016 года Российский квантовый центр заявил о запуске первой «городской» линии связи между двумя отделениями банка, а в сентябре 2016 года МГУ сообщил о соединении двух точек в городах Подмосковья.

Теперь ученые РКЦ создали квантовую сеть, состоящую из трех узлов и двух квантовых каналов, связанных друг с другом «доверенным повторителем». Квантовая защищенная связь сама по себе может быть установлена только напрямую между двумя точками, и если сеть имеет сложную структуру, то квантовые сегменты сети необходимо связывать друг с другом узлами с повторителями, в которых используются «обычные» методы обработки данных.

Это создает потенциальные «дыры» в безопасности, которые физики из Квантового центра решили, заставив каждую пару узлов общаться через посредника, способного принимать и вырабатывать сигналы. К примеру, в сети из трех узлов «абонентов А, С и "посредника» В, пары А и В и В и С имеют свои квантовые ключи и каналы их передачи, которые они используют для передачи общего для всех узлов криптографического ключа. Он используется для шифрации реальной информации, передача которой ведется по «обычным» линиям связи.

Оба квантовых канала сети были созданы на участках обычных оптоволоконных сетей в Москве, один из которых имел длину в 30 километров, второй – 15 километров. На первом из участков данные кодировались с помощью поляризации фотонов, на втором – в их фазе.

В ходе эксперимента скорость генерации «обработанных» квантовых ключей на первом участке составила 0,1 килобита в секунду, а скорость генерации секретного ключа, пригодного для шифрования – 0,02 килобита в секунду. На втором участке, основанном на фазовом методе кодирования, скорость генерации секретного ключа составила 0,1 килобита в секунду.

«Такой скорости генерации ключа достаточно для обновления ключей в существующих устройствах шифрования. В будущих экспериментах скорость генерации может быть увеличена», – продолжает Федоров.

По его словам, применение двух методов кодирования в рамках одной сети позволяет использовать для обработки и шифрования данных уже существующие программные решения и платформы. Это избавляет банки и других пользователей квантовых сетей от необходимости разрабатывать новые продукты, а просто встраивать квантовые каналы в уже существующую телекоммуникационную инфраструктуру.