Перспективы квантовых сетей: кто ими занимается и почему

Над какими квантовыми проектами работают российские и иностранные инженеры.

^[1]
/ Unsplash / Shahadat Shemul ^[2]

Что такое квантовые сети

Квантовыми сетями называют системы передачи данных, принцип работы которых строится на законах квантовой механики. Информация в таких сетях передается по оптоволоконным кабелям с помощью кубитов — поляризованных фотонов. Одно из определяющих свойств фотонов — «хрупкость». Они разрушаются ^[3] при считывании, поэтому квантовые сети практически невозможно прослушать. Даже если злоумышленник проведет MITM-атаку и подключится к каналу передачи данных, принимающая сторона сразу поймет, что канал скомпрометирован, так как к ней поступят «пакеты» с большим количеством ошибок.

Квантовые сети используют для распределения криптографических ключей между классическими вычислительными системами. Например, в прошлом году такую систему запустили ^[4] китайские инженеры. Она использует лазеры для обмена данными со спутниками на орбите. Аналогичную технологию в 2017-м предложили ^[5] немецкие специалисты — для передачи данных они использовали уже существующую наземную инфраструктуру и аппаратное обеспечение спутников.

/ Unsplash / Quentin Kemmel ^[6]

Другая область применения квантовых сетей — объединение ^[7] квантовых компьютеров. Квантовые машины уже умеют решать некоторые задачи быстрее, чем классические вычислительные системы — например, в области машинного обучения и моделирования. Если объединить квантовые устройства в кластеры, можно дополнительно ускорить физические и химические симуляции (в частности, поспособствовать разработке сложных молекул для новых медикаментов).

Кто их разрабатывает

Развитием квантовых сетей занимаются многие мировые институты из Америки, Европы и Азии.

Считается, что самую первую квантовую сеть разработали в США по заказу DARPA ^[8] еще в начале 2000-х. Она функционирует до сих пор и соединяет несколько военных лабораторий в штате Массачусетс. Примерно в то же время квантовые сети начали строить и в Европе. Тогда страны ЕС инвестировали несколько миллионов евро в проект SECOQC ^[9], в рамках которого проектируют квантовые решения для обеспечения государственной безопасности.

^{Что у нас есть на Хабре:}

• Инструментарий для провайдера: тематические вебинары о системах для работы с трафиком и их настройке ^[10]
• Главное о битве за сетевой нейтралитет в США — хронология событий и текущее положение вещей ^[11]
• Кто внедряет IPv6, и что тормозит его развитие ^[12]

Одна из главных проблем квантовых сетей того времени — невозможность передать фотон на большое расстояние (оно редко превышало 50 км ^[13]). Фотоны «хрупкие» и легко разрушаются под воздействием температуры (это так называемый эффект декогеренции ^[14]). Поэтому сегодня активно разрабатываются системы, способные увеличить дальность передачи. Например, голландские инженеры создают ^[15] специальные повторители, которые продлевают «время жизни» квантов. Ученые уже прокладывают тестовую сеть между Делфтом и Гаагой. Предположительно в следующем году она соединит сразу четыре города в Европе. Аналогичную технологию развивают специалисты из университетов Торонто, Осаки и Тоямы. В феврале 2019 года они представили концепцию квантового повторителя, способного передавать фотоны на расстояние до 800 км ^[16] (в теории).

Разработками в этой области занимается команда физиков из США и Швейцарии. В конце прошлого года они представили ^[17] фотодетектор с очень низким уровнем шума, который позволил отправить криптографический ключ на расстояние в 421 км и сохранить при этом высокую скорость передачи данных. По словам разработчиков, пропускная способность сети превзошла показатели их предыдущих экспериментов более, чем в 100 раз.

/ CC BY-SA / Hisakuni Fujimoto ^[18]

Но абсолютным рекордсменом по дальности сегодня считается Китай. В 2016 году китайские инженеры запустили ^[19] спутник квантовой связи и передали ^[20] кубит на расстояние свыше 1200 км. Прошлым летом с помощью этого спутника инженеры провели ^[21] защищенный звонок между Китайской и Австрийской академиями наук.

Как дела в России

Одну из первых квантовых сетей в нашей стране развернули инженеры из ИТМО в 2014 году. Оптоволоконный кабель проложили между двумя корпусами вуза. Через два года с помощью коллег из Казани сеть стала ^[22] многоузловой — четыре нода разместили на расстоянии 40 км друг от друга.

Три года назад свою квантовую сеть представили физики из РКЦ — Российского квантового центра. «Оптику» проложили между двумя московскими банками — длина кабеля составила 30 км. А этим летом физики из РКЦ объявили ^[23] о создании первой межкорпоративной квантовой сети в РФ. Она соединила офисы «Сбербанка», «Газпромбанка» и компании PwC, предлагающей услуги в области консалтинга и аудита.

Другой пример разработки — в 2017 году специалисты из МГУ представили ^[24] квантовую линию телефонной связи. Голосовая информация между собеседниками передавалась ^[25] по оптоволоконному кабелю длиной 50 км. За её шифрование отвечал сервер распределения квантовых ключей, размещенный в 25 км.

Количество квантовых разработок продолжит увеличиваться. И это позволит создать крупные квантовые сети, которые соединят сразу множество городов страны. Буквально в прошлом месяце о своих планах развернуть квантовую сеть с шифрованием данных объявили ^[26] в РЖД. По словам инициаторов проекта, она поспособствует повышению безопасности железнодорожного транспорта.

^{О чем мы пишем в корпоративном блоге:}

• DDOS и 5G: толще «труба» — больше проблем ^[27]
• Как предоставлять бесплатный Wi-Fi в аэропортах, кафе и гостиницах, чтобы не нарушить закон ^[28]
• Биллинг — что находится в сердце сети интернет-провайдера ^[29]

P.S. Инструментарий для провайдера: наши вебинары о системах для работы с трафиком ^[10].

Автор: VAS Experts

Источник ^[30]