Китайские ученые создали первую в мире интегрированную сеть квантовой связи, объединяющую более 700 оптических волокон на земле с двумя линиями связи «земля — спутник» для квантового распределения ключей на общем расстоянии 4600 километров для пользователей по всей стране.
Как сообщает портал Nature Research, в отличие от обычного шифрования, квантовая связь считается защищенной от взлома, поэтому будущее безопасной передачи информации для банков, электросетей и других секторов — именно за ней.
Ядром квантовой связи является квантовое распределение ключей QKD (Quantum Key Distribution), которое использует квантовые состояния частиц — например, фотонов — для формирования строки нулей и единиц. Любое прослушивание между отправителем и получателем изменит эту строку или ключ, поэтому взлом квантовой сети оказывается невозможным в принципе — он будет немедленно обнаружен.
Спутник квантовой связи
Пока наиболее распространенная технология QKD использует оптические волокна для передачи на несколько сотен километров с высокой стабильностью, но, сожалению, и со значительными канальными потерями. Еще одна крупная технология QKD использует свободное пространство между спутниками и наземными станциями для передачи данных на тысячекилометровом уровне.
Так, в 2016 году Китай запустил первый в мире спутник квантовой связи QUESS (Quantum Experiments at Space Scale), или Mozi/Micius и достиг QKD с двумя наземными станциями, расположенными на расстоянии 2600 км друг от друга. В 2017 году было завершено строительство волоконно-оптической сети протяженностью более 2000 км для QKD между Пекином и Шанхаем.
Квантовая коммуникационная технология
С помощью доверенных реле наземная волоконно-оптическая сеть и линии связи со спутниками были интегрированы для обслуживания более 150 промышленных пользователей по всему Китаю, включая государственные и местные банки, муниципальные электросети и веб-сайты электронного правительства.
«Наша работа показывает, что квантовая коммуникационная технология является достаточно зрелой для крупномасштабного практического применения», — заявил Цзяньвэй Пань, профессор НТУК (Научно-технический университет Китая, USTC). «Аналогичным образом, глобальная квантовая сеть связи может быть создана при объединении национальных квантовых сетей из разных стран, а также при объединении усилий университетов, учреждений и компаний для стандартизации соответствующих протоколов, аппаратного обеспечения и т.д.», — добавил профессор.
Увеличение производительности сети
В последние пару лет команда тщательно тестировала и увеличивала производительность различных частей интегрированной китайской сети. Например, при повышенной тактовой частоты и более эффективном протоколе QKD квантовое распределение ключей «спутник — земля» теперь имеет среднюю скорость генерации ключей 47,8 килобит в секунду, что в 40 раз выше предыдущей скорости.
Исследователи также установили рекорд для наземных QKD на расстоянии более 500 км, используя новую технологию, названную двухполевым квантовым распределением ключей TF-QKD (Twin Field Quantum Key Distribution).
Новые спутники QKD
В дальнейшем команда продолжит расширение сети в Китае и в сотрудничестве с международными партнерами из Австрии, Италии, России и Канады.
Китайцы также нацелены на создание малых экономичных спутников QKD, наземных приемников, а также средне— и высокоорбитальных спутников для достижения постоянного уровня QKD в десять тысяч километров.
Работу команды из НТУК уже поддержали:
Национальная комиссия по развитию и реформам Китая (NDRC); правительства провинций/муниципалитетов Шаньдун, Аньхой и Шанхай; Комиссия по регулированию банковской деятельности Китая (CBRC); Китайская академия наук (CAS); Министерство науки и технологий (MOST); Национальный фонд содействия развитию науки (NSFC).