В Китае завершено развертывание первой в мире интегрированной квантовой коммуникационной сети

Ученые, инженеры и другие специалисты из нескольких китайских ведущих научных учреждений, возглавляемые учеными из китайского Научно-технического университета в Хэфэе, завершили развертывание первой и самой большой в мире интегрированной квантовой коммуникационной сети, которая сейчас объединяет около 700 каналов на базе оптоволоконных линий и несколько спутниковых каналов. Эта сеть позволяет реализовать технологию квантового распределения ключей шифрования на максимальное расстояние в 4600 километров, и обеспечивает безопасную связь между основными китайскими государственными, оборонными, финансовыми и научными организациями.

В отличие от коммуникаций, в которых используются стандартные методы шифрования, квантовые коммуникации считаются абсолютно безопасными и не поддающимися взлому. Именно такие квантовые коммуникационные системы идеальны для обмена информацией между банками, государственными организациями и военными предприятиями. Основой квантовых коммуникаций является технология квантового распределения ключей шифрования (quantum key distribution, QKD), которая позволяет передавать ключи при помощи квантового состояния частиц, фотонов света в большинстве случаев. При этом, о любой попытке «подслушивания» или другого типа вмешательства тут же становится известно, передаваемый ключ становится скомпрометированным и не может использоваться для шифрования передаваемой информации.

В 2016 году Китай запустил искусственный спутник Micius (QUESS), при помощи которого была реализована технология QKD между двумя наземными станциями, находящимися на удалении 2 600 километров, а в 2017 году была введена в строй оптоволоконная сеть, длиной более 2 000 километров, связавшая Пекин и Шанхай. И эти два компонента стали основой для создания глобальной китайкой квантовой коммуникационной сети.

Используя дополнительные оптоволоконные сегменты и сети, специализированные квантовые релейные станции и квантовые спутниковые каналы, новая сеть объединила более 150 абонентов, в состав которых вошли электронные правительственные системы, объекты энергетики и электросетей, государственные и некоторые частные банки, промышленные предприятия, в том числе и оборонного значения. Все это является демонстрацией того, что технологии квантовых коммуникаций уже могут использоваться для практического создания безопасных сетей. Более того, квантовые коммуникационные технологии уже готовы к объединению национальных квантовых сетей различных стран, только для этого потребуется проведение работ по стандартизации аппаратных средств и используемых протоколов данных.

В новой реализации китайской квантовой сети используется множество технологических новинок, оптимизированных аппаратных и программных средств. К примеру, большая тактовая частота работы и новый более эффективный протокол QKD позволяет генерировать и передавать ключи шифрования со скоростью 47.8 килобита в секунду. Такая скорость только может вызвать печальную улыбку у тех, кто уже привык к мега- и гигабитным скоростям передачи данных. Однако, с учетом того, что длина ключей шифрования не превышает обычно 2 килобайт, скорости в 47 килобит вполне достаточно для обеспечения работы всей сети с минимальными задержками, кроме этого, данная скорость приблизительно в 40 раз выше, чем то, что было достигнуто раньше.

В дальнейшем китайцы планируют продолжить развертывание квантовой сети путем добавления к ней новых сегментов и увеличения количества подключенных к ней абонентов. Помимо этого планируется подключение китайской квантовой сети к сетям или сегментам сетей Австрии, Италии, России и Канады. Для этого сейчас разрабатываются небольшие, но эффективные квантовые спутники и наземные станции для обеспечения эффективной работы технологии QKD. Кроме этого ведется разработка квантовых спутников для высокой околоземной орбиты, которые обеспечат работу технологии QKD на рекордных расстояниях в десятки тысяч километров.