26.09.2019

В России заработала самая длинная в мире ВОЛС с квантовым шифрованием

В России заработала самая длинная в мире ВОЛС с квантовым шифрованием

Ученым из Казанского квантового центра удалось обеспечить квантовое шифрование на ВОЛС длиной 143 км, что является мировым рекордом. Эксперимент проводился на сетях «Ростелекома» и «Таттелекома».

Тестирование проводили Казанский квантовый центр Казанского национального исследовательского технического университета имени А. Н. Туполева (ККЦ КНИТУ-КАИ), «Ростелеком» и «Таттелеком». До этого в 2018 г. «Ростелеком» уже тестировал подобную технологию на ВОЛС, но тогда длина линии составила 58 км.

Эксперимент ККЦ КНИТУ-КАИ проходил в Татарстане на сетях двух операторов связи — «Ростелекома» и «Таттелекома». Участники эксперимента подчеркивают, что использование сетей независимых операторов важно с точки зрения практического внедрения квантового шифрования. Тестируемая ВОЛС протянулась от Лаборатории практической квантовой криптографии ККЦ КНИТУ-КАИ до узла связи «Ростелекома» в Апастово.

Казанский квантовый центр был создан в сентябре 2014 г. На базе центра работают Лаборатория квантовой памяти и коммуникаций, Лаборатория фотоники и волоконной квантовой оптики и Лаборатория практической квантовой криптографии. Центр осуществляет исследования в области квантовой физики, оптики и информатики.

Технические особенности

В ходе эксперимента была решена задача передачи квантовых ключей по ВОЛС на длительное расстояние. Для этого был использован прототип комплекса передачи и приема данных с гибридной квантово-классической защитой. Комплекс, разработанный в КНИТУ-КАИ, обеспечивает возможность передавать квантовые ключи на большие расстояния.

В состав комплекса входит система квантового распределения ключей на боковых частотах, криптомаршрутизатор и высокоэффективный детектор одиночных фотонов, выпущенный российской компанией «СКОНТЕЛ». Исходная схема квантовой рассылки ключа была разработана в Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО).

При тестировании работы криптомаршрутизатора были организованы сеансы видеоконференции между двумя узлами связи на расстоянии 143 километра с оптическими потерями в канале 37 дБ. Для обмена ключами шифрования использовался поток одиночных фотонов, в квантовые состояния которых записывалась классическая информация. Квантовая рассылка ключей проходила при частоте смены фазы модуляции 100 МГц со средним количеством фотонов 0,2 на один такт модуляции. Среднее значение скорости генерации квантовых ключей в канале позволяло менять 256-битный ключ шифрования до двух раз в минуту.

Эксперты считают, что квантовые коммуникации обеспечивают наивысшую из существующих на сегодня степень защиты передачи данных по ВОЛС. Технология основана на использовании фундаментальных законов квантовой физики, которые невозможно обойти. Для обмена ключами шифрования в технологии используются одиночные фотоны, состояния которых безвозвратно меняются, как только кто-то попытается их «прочитать». Любая попытка перехвата будет тут же обнаружена и предотвращена.

«Реализованная технология квантовых коммуникации позволяет достигать наивысший, из известных на сегодня способов, уровень защиты передачи данных по оптическим волокнам на расстояния больше 100 км, что обеспечивается непосредственным использованием фундаментальных законов квантовой физики» - сообщил директор ККЦ КНИТУ-КАИ Сергей Моисеев.

Проблема передачи ключей

Напомним, одной из главных уязвимостей существующих систем шифрования является необходимость передавать ключи. Ключ можно перехватить, что лишает кодирование эффективности. Но в квантовых сетях для шифрования используются одиночные фотоны, которые навсегда меняют свое состояние при чтении. Это делает незаметный перехват информации невозможным.

Недостатком квантовой связи является то, что фотоны очень легко меняют свое состояние. Поэтому передавать информацию на расстояние более 100 км затруднительно. Кроме того, данные передаются достаточно медленно.

___________________________________________________________________________________________________________

Казанский квантовый центр был открыт в сентябре 2014 года. В качестве соучредителей Казанского квантового центра выступили ректор КНИТУ-КАИ проф. А.Х. Гильмутдинов и Председатель попечительского совета РКЦ С.М. Белоусов.

В настоящее время в ККЦ созданы и укомплектованы базовым экспериментальным оборудованием три оптические лаборатории центра: Лаборатория квантовой памяти и коммуникаций (зав. лаб. и директор ККЦ Сергей Андреевич Моисеев, д.ф.-м.н., профессор КНИТУ-КАИ); Лаборатория фотоники и волоконной квантовой оптики (по совместительству лабораторией руководит зав. лаб. РКЦ Алексей Михайлович Желтиков, профессор МГУ). Лаборатория практической квантовой криптографии (зав. лаб. Артур Викторович Глейм, к.т.н.).

Лаборатории центра работают в едином большом направлении — это проведение фундаментальных и прикладных исследований, посвященных получению новых знаний в области квантовой физики, оптики и квантовой информатики и разработке на их основе новейших квантовых информационных технологий.

Центр перспективных экономических исследований Академии Наук РТ 50 лучших инновационных идей для Республики Татарстан Виртуальный музей-библиотека Академии Наук Республики Татарстан Татарстанский ЦНТИ