Квантовая сеть: мощнейшая защита по законам физики

МОСКВА, 13 мая — РИА Новости, Кирилл Иванов.

Санкт-петербургский Университет ИТМО и Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ объявили о запуске первой в России и СНГ многоузловой квантовой сети в Казани. Разработчики показали, как работает макет "квантового телефона", защищенного от перехвата информации с помощью квантовых методов. На вопросы "РИА Наука" ответил один из создателей квантовых сетей в России, сотрудник  Университета ИТМО и Казанского квантового центра, кандидат технических наук  — Артур Глейм.

—Артур, расскажите, пожалуйста, каковы принципы квантовой связи, и чем обусловлена ее абсолютная защищенность?

— Современные технологии квантовой оптики и квантовой физики позволяют создавать такие сети, в которых перехватить информацию физически невозможно. Это достигается за счет того, что при передаче данных используются предельно малые порции энергии – кванты. Они неделимы, меньше физически не бывает, а попытка подслушивания в линии их разрушает. На этом принципе можно построить защищенную коммуникационную линию, в которой перехватить информацию невозможно на уровне физического предела. Сама природа запрещает это сделать!

А.Г.: Принципиальное преимущество квантовой сети связи по сравнению с обычной сетью передачи данных в ее защищенности. Это значительно более важный показатель, чем скорость передачи данных в сети, ее пропускная способность. И вот почему: сегодня данные – это не только личная и финансовая информация. Когда со счета в банке крадут миллион рублей, это может показаться кому-то обидным, а может банк вообще этого не заметит. Когда же речь идет о перехвате контроля автоматизированным транспортным средством – компьютеризированный или беспилотный автобус может влететь в автобусную остановку. Или еще более серьезная вещь – злоумышленник влез в систему управления атомной станции, и там происходит управляемый катаклизм, — это не только потеря для экономики, но еще и человеческие жизни, которые невосполнимы. Сегодня управленческие системы фактически отвечают за жизнь и здоровье людей, и поэтому вопрос сохранения данных приоритетен.
Сети нового поколения будут строиться на этом принципе для финансов, для промышленности, для городского хозяйства, государственного управления – везде, где безопасность превыше всего.

— В мире сегодня существует несколько крупных проектов в области квантовой связи. Исторически первыми были американская DARPA  (Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США – прим. РИА Новости) и европейский SECOQC (Secure Communication based on Quantum Cryptography – проект по развитию сети, использующей принципы квантовой криптографии – прим. РИА Новости).  Сейчас наиболее активно развивается квантовый проект в Китае – речь идет о прокладке 2000 км сетей. Особенность нашего проекта в том, что мы используем принципиально новый подход в коммутационных элементах. Это позволяет нам выигрывать в скорости и дальности передачи квантовых ключей. Кроме того, мы сможем более эффективно использовать пропускную способность волокон, и более гибко выстраивать архитектуру сети. То есть,  наш проект несет принципиально новые качества.

— Весь проект по созданию квантовой связи вышел из исключительно фундаментальных исследований. Прикладная часть там отсутствовала. В задаче, которую мы решали,  речь  про квантовую криптографию или связь не шла вовсе. Мы исследовали возможность передачи однофотонных сигналов на боковых частотах оптического спектра, аналогично принципам, применяемым в радиосвязи. В какой-то момент нам просто повезло, и мы увидели перспективу, как результат фундаментального исследования может трансформироваться в решение прикладных задач.

 

Наша "фишка" оказалась именно в том, что мы пошли не проторенным путем, а совершенно неизвестным. Это так называемая глубокая инновация, когда в основе лежит совершенно новый принцип. С большой долей вероятности это путь "в никуда", но если все складывается, мы получаем прорыв в совершенно новое качество. Когда оригинальна сама идея, ее удачное внедрение позволяет сделать проект на порядок лучше. Для многих такой подход либо недоступен, либо неприемлем. Прошлая парадигма мышления говорит нам последовательно улучшать текущие технологии. Если мы идем уже известным путем, мы в лучшем случае достигнем того, что уже сделали предшественники. Опора на фундаментальную науку, исследование неизведанного,  позволяет нам сделать резкий скачок вперед, минуя несколько ступеней развития.

Артур Глейм: Опора на фундаментальную науку, исследование неизведанного,  позволяет нам сделать резкий скачок вперед, минуя несколько ступеней развития.

— Как распределились роли ИТМО и КАИ в данном проекте?
— Наши роли тут совершенно равноправны и равновелики. Этот симбиоз Санкт-Петербурга и Казани позволил нам приобрести много новых качеств и добиться новых результатов. В Казанском Квантовом центре открыта совместная лаборатория ИТМО и КАИ. В ней работает смешанный коллектив. Исторически получилось так, что положенный в основу принцип разработан ИТМО, а в Казани на этом принципе создана многоузловая квантовая сеть. ИТМО предложил технологию – принцип соединения двух точек между собой, а КАИ, решил задачу технически, создав многопользовательскую сеть, в котором каждый может общаться с каждым.

— Как развивался проект с технической точки зрения?

— Впервые квантовая коммуникационная линия была построена на базе площадок Университета ИТМО в Санкт-Петербурге в 2014 году. Сегодня мы пришли к следующей, топологической, задаче и создали принципиально новое решение, в котором друг с другом связываются не 2 абонента, а создается сеть из многих пользователей, каждый из которых может общаться друг с другом. При этом используются уже существующие оптико-волоконные линии, которые уже лежат в земле и активно применяются для передачи данных в интернет и телефонной связи.

Квантовая сеть в Казани создана на участке, который предназначен для тестирования возможностей квантовой линии в реальных условиях. Здесь мы тестируем технологии и режимы эксплуатации, анализируем совместимость и возможность стыковки с другими информационными сервисами. Узлы расположены на базовых станциях компании ПАО "Таттелеком". Важно, что это уже не лабораторные условия, это реально действующие базовые станции, пристыкованные к базовому оборудованию, которое там находится. Защищенные данные по этим каналам пока не передаются, но условия абсолютно те же самые, в которых предстоит эксплуатация. Это пилотная зона для тестирования и отработки вариантов практической эксплуатации и доведения ее до конечного потребителя.

— Каким образом конечный потребитель почувствует на себе внедрение квантовых технологий?

— Сначала речь будет идти о взаимодействии государственных структур, крупных сетевых операторов. Постепенно, по мере того, как они будут внедрять систему новой связи, технологии дойдут и до конечного потребителя. Допустим, в обозримом будущем станет возможным подключать персональный банк-клиент к таким сетям, и его работа будет абсолютно защищенной.