Российские ученые разработали новый подход в области систем квантовой связи

 

Российские ученые разработали новый подход к созданию защищенных систем квантовой связи

В Университете ИТМО разработали принципиально новый подход к созданию систем квантовой связи для организации высокозащищенного обмена данными и продемонстрировали работающее на его основе устройство.

Передача однофотонных сигналов в новой системе возможна на расстояния более 250 километров, что не уступает самым современным зарубежным аналогам, сообщила пресс-служба ИТМО. «Ранее отечественные системы квантовой коммуникации не позволяли осуществлять эффективный обмен квантовой информацией на такие расстояния без разрушения сигнала», — говорится в пресс-релизе.

Сегодня защитить свои данные стремятся не только крупные холдинги, банки и оборонные предприятия, но и сравнительно маленькие компании или даже отдельные пользователи. Однако алгоритмы шифрования данных несовершенны и их логику, пусть и не сразу, но все-таки можно раскусить. Шифрование же, основанное на фундаментальных законах квантовой физики, в будущем позволит сделать передачу данных полностью неуязвимой для хакерских атак.

 В квантовом канале в качестве носителей информации выступают одиночные фотоны, необратимо изменяющиеся, «попав в руки» злоумышленника, что позволяет легитимным пользователям моментально узнавать о любом вторжении в канал при попытке перехвата информации. Исследователи из Лаборатории квантовой информатики Международного института фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО при поддержке коллег из университета Хериот-Ватт в Эдинбурге (Шотландия) разработали новую технологию для эффективной генерации и рассылки квантовых бит, а также создали соответствующее устройство для квантовой связи. Это первая отечественная система, которая по совокупности характеристик способна конкурировать с лучшими мировыми разработками и может обеспечить передачу квантового сигнала по оптическому волокну на расстояния более 250 километров. Как работает новая система квантовых коммуникаций «Для рассылки квантовых бит мы используем так называемые боковые частоты, — рассказывает руководитель Лаборатории квантовой информатики ИТМО Артур Глейм. — Такой подход дает нам ряд существенных преимуществ.

В частности, это ведет к существенному упрощению конструкции устройства, высокой устойчивости к внешним воздействиям и большой пропускной способности квантового канала связи. По скорости и дальности передачи информации наша система сопоставима с абсолютными рекордами в области квантовой коммуникации». Для кодирования квантовых бит лазерное излучение направляют на специальное устройство — электрооптический фазовый модулятор, в котором центральная несущая волна, исходящая от лазера, расщепляется на несколько независимых волн. 

После передачи по оптической линии связи в блоке получателя независимо выполняется аналогичное расщепление, и от фазового сдвига созданных отправителем и получателем волн относительно друг друга будет зависеть, усилят они друг друга или погасят. После их детектирования и обработки получаются на выходе нули и единицы, из комбинации которых состоит квантовый ключ. Именно метод кодирования квантовых бит при помощи разности фаз позволяет достичь высокой стабильности сигнала в системе. Перспективы разработки По мнению Роберта Коллинза, научного сотрудника Института фотоники и квантовых наук, Школы физико— технических наук Университета Хериот-Ватт, работа ученых может стать отправной точной для будущего развития всей квантовой криптографии.

«В перспективе данный подход способен обеспечить свободное сосуществование многих потоков данных с отличными друг от друга длинами волн в одном оптоволоконном кабеле. Более того, эти потоки могут подаваться прямо на существующие оптоволоконные линии совместно с традиционными коммуникациями», — приводятся его слова в пресс-релизе. Теперь перед разработчиками стоит задача создания полноценной квантово-криптографической системы и подготовка стандартов, которые позволят осуществить её внедрение в сотрудничестве с государственными и коммерческими структурами.

Статья с результатами исследования была опубликована учеными в журнале Optics Express.